H.264码率控制的算法研究及硬件设计

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H.264码率控制跳帧算法研究

ＮＯ３．
微
处
理
机
第３期
２１００年６月
Ｊｎ２１ｕ．，００
ＭＩＣＲＯＰＲＯＣＳＥＳＯＲＳ
Ｈ．６率控制跳帧算法研究２４码
王喜民，鼎才，杨闰俊海
（河北省燕山大学信息科学与工程学院，皇岛０６０）秦６０４摘要：率控制是视频压缩编码中的一个重要部分。码率控制中的跳帧算法对于图像的传码
ＲａｅＣｏｔｏａｎｉｏａｔｅｆｃｎｔａｍｉｓｏａｅａｄｑａｉｙｏｍａｅ．Ｂｕｈｒｍｅ—ｓｉｐｎｔｎｒｌｈｓａｍｐｒｎｆｅｔｉｒｎｓｓｉｎｒｔｎｕｌｔｆｉｇｔｔｔｅＦａｋｐｉｇａｇｒｔｍｓｎｔｔｋｎｏｃｎｉｅｔｔｅｂｇｎｉｇｏｈｅｉｎｏ２４ｅｃｄｄ．Ｂａｅｏｈｓ，ｌｏｉｈｉｏａｅｉｔｏｓｄｒａｈｅｉｎｎｆｔｅｄｓｇｆＨ．６ｎｏｅｍｏｅｓｎｔｉ
．
（ｏｅｅｆＩｏｔｎＳｉｃｎｎｉｅｉ，ａｈｎＵｉｒｔ，ｉｈｎｄｏ０６０，ｈｎ）ＣｌｇｎｒｉｃｎｅｄＥｇｎｅｎＹＴａｎｅｉＱｎｎｇａ６０４Ｃｉｌｏｆｍａｏｅａｒｇ￣ｖｓｙａａ
宽。缓冲器的输入端是编码器产生可变的比特流，输出端以恒定的比特率把数据传输到信道上。输人缓冲器和输出缓冲器的数据差值将保存在缓冲器中，了防止缓冲器上溢，为当缓冲器的占用量，就即该时刻缓冲器没有输

H264中的码率控制技术研究及其进展

改进而来。算法采用与ＭＰＧ４相同的固定ＧＰ结Ｅ一Ｏ构，使用缓存液体流动模型、Ｄ线性预测、次率ＭＡ二失真模型等技术，Ｇ从ＯＰ层、层、本单元（ａｉ帧基ｂｓｃｕｉ层来逐级实现码率控制。ｎｔ）
质量，但这样要求缓存器容量大，增加了编码延时。
２４Ｈ２４中的码率控制．．６
ＭＰＧ２校验模型ＴＥ一Ｍ５中采用的码流控制方法将视频序列划分为图像组（Ｏ）ＧＰ内首帧编码为ＧＰ，ＯＩ，帧剩余帧编码为Ｐ帧或Ｂ帧。码率控制主要有三
现在，研究人员提出了多种Ｈ２４码率控制方．６案。目前ＪＴ参考软件Ｊ采用了ＪＴＨ１案中ＶＭＶ — ０７提
２００６年第１（第２４期）２期总０

维普资讯
有线电视技术
的码率控制算法，该算法是在ＪＴＧ１算法基础上Ｖ－Ｏ２
率适应传输要求的方法就是视频编码的码率控制机
制。
码率控制技术包括码率分配和码率实现两个部
分，率分配主要靠各种算法去估计，现方法主要码实
Ｈ．３校验模型Ｔ８中采用的码流控制方法２６ＭＮ
主要有两个步骤：帧层，据缓存充盈度分配当前帧根目标比特，决定是否跳帧等；宏块层，根据一个经验模型，所需的比特数由像素的标准方差、量化步长索引和两个模式参数决定，随编码器的运行实时更新。由于这种码率控制方法随时对缓存容量进行调整，以可采用较小容量的缓存器，编码延时降到最低，低将对时延的实时通信十分有利。

码率控制与实现算法

码率控制技术原理
当D=O时，编码对应于无损压缩，输入码率应大于或等于信源熵 H(X)；若D一为最大允许失真，则相应码率下限为R(D一)。典型的率失真曲线R—D如图3．1所示。R(D’)为D’的凸递减函数。
码率控制技术原理
率失真优化主要用于模式选择。在H．264视频标准中，有以下几种模式：INTRA．4x4，INTRA．16x16，SKIP，INTER—16×16， INTER．16×8，INTER．8×16，INTER．8×8。假设图像序列S被分割为K个不同的块4，相应的像素用6t来表示。编码6t所选择的编码模式％分为帧间编码和帧内编码。每种编码模式都包括预测编码的模式和编码参数。其中编码参数包括变换系数和量化参数等。对于帧间模式，编码参数还包括一个或多个运动矢量。
码率控，视频应用对压缩比有较高的要求。无损编码所能提供的压缩比远不能满足实际视频应用的需求，但如果我们能够接受某种程度的失真，高的压缩比也不难获得。人眼视觉系统对高频信号变化不敏感，部分高频信息丢失不会降低主观视频质量，主流的视频编码算法正是采用了量化方法消除视频信号的生理视觉冗余，获得比无损压缩更高的压缩比而又不会带来视频质量的显著降低。率失真(RateDistortion 理论旨在描述编码失真度(Distortion，重构误差)和编码数据速率的关系。该理论建立在图像是连续的基础上，在有限数据速率下，由于存在量化误差，必然存在失真。尽管率失真理论没有给出最优编码器，但它还是给出了容许失真条件下信息压缩允许的下界。当使用有损编码方法时，重构图像g(x，y)和原始图像f(x，y)存在差别。一般地，失真度D函数形式可以根据需要任意选取，例如平方代价函数、绝对代价函数等。在图像编码中，D 常用均方差形式表示：

H.264视频编码标准分析和算法优化

H.264编码标准的分析和算法优化一、研究背景：随着社会的不断进步和多媒体信息技术的发展，人们对信息的需求越来越丰富，方便、快捷、灵活地通过语音、数据、图像与视频等方式进行多媒体通信已成不可或缺的工具。

其中视觉信息给人们直观、生动的形象，因此图像与视频的传输更受到广泛的关注。

然而，视频数据具有庞大的数据量，以普通的25帧每秒，CIF格式（分辨率为352×288）的视频图像为例，一秒钟的原始视频数据速率高达3.8M字节。

不对视频信号进行压缩根本无法实时传输如此庞大的数据量，因此，视频压缩技术成为研究热点。

随着近几年来视频图像传输领域的不断扩展，以往的标准己经难于适应不同信道的传输特征及新兴的应用环境。

为此，ISO/IEC&ITU-T共同开发了最新视频编码标准H.264/AVC。

相对以前的视频编码标准，H.264集成了许多新的视频压缩技术，具有更高的压缩效率和图像质量。

在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比是应用于当前DVD系统MPEG-2的2~3倍，比MPEG-4高1.5~2倍，并且具有更好的网络友好性。

但是H.264高压缩比的代价是编码器计算复杂度大幅度地提高。

因此在保持编码效率几乎不变的同时尽可能提高编码速度是H.264/AVC视频编码标准能否得到广泛应用的关键。

在上述研究背景下，本文深入探讨了H.264/AVC标准，分析了编码器主要耗时模块的工作原理，提出三种降低H.264/AVC高计算复杂度的优化算法――快速帧内预测模式选择算法、快速帧间预测模式选择算法以及快速运动估计算法。

实验结果表明：本文所提快速算法都可大幅度地降低H.264编码器的计算复杂度，并且保持基本不变的编码效率。

二、新一代视频编码标准H.264简介：编码标准演进过程：H.261 MPEG-1 MPEG-2 H.263 MPEG-4从视频编码标准的发展历程来看，视频编码标准都有一个不断追求的目标：在尽可能低的码率（或存储容量）下获得尽可能好的图像质量。

H.264的码率控制策略

h.264的码率控制策略本文详细讨论了H.264编码标准的，与MPEG-2的TM5模型进行了比较；并对JVT-G012提出的流量往返控制模型进行了探讨；最后对H.264码率控制提出了一些改进意见。

关键词：H.264 码率控制VBR CBR一、引言到目前为止，视频编码标准通常采用去除时空域相关性的帧内/帧间预测、离散余弦变换量化和熵编码技术，以达到较高的编码效率。

对视频通信而言，由于通信信道带宽有限，需对视频编码码率进行控制，来保证编码码流的顺利传输和信道带宽的充分利用。

针对不同的应用场合，学者们提出了多种码率控制（Rate Control）策略。

其中，实时编码码率控制方法主要有两种：用先前宏块编码产生的比特数来预测当前宏块编码产生比特数，或者通过视频编码率失真函数来预测当前宏块编码产生的比特数。

码率控制算法[1]就是动态调整编码器参数，得到目标比特数。

它为视频序列中的图像组GOP、图像或者子图像分配一定的比特。

现有的码率控制算法主要是通。

实际上，量化参数（QP）反映了空间细节压缩情况，如QP小，大部分的细节都会被保留；QP增大，一些细节丢失，码率降低，但图像失真加强和质量下降。

也就是说，QP和比特率成反比的关系，而且随着视频源复杂度的提高，这种反比关系会更明显。

码率控制有两种模式：VBR和CBR，即可变比特控制和固定比特控制。

VBR模式是一种开环处理，。

由于实际视频序列中的图像复杂度是不断变化的，细节多少、运动快慢等等，比特率也相应变化，不稳定。

CBR模式是一种闭环处理，。

它根据对源复杂度估计、解码缓冲的大小及网络带宽估计动态调整QP，得到符合要求的码率。

二、H.264码率控制结构作为新一代的视频压缩编码标准，H.264对多编码模式、编码参数自适应选择、上下文自适应熵编码、多参考帧的灵活选择、高精度预测、去方块滤波以及抗误码能力等方面进行了精雕细刻，采取了一系列切合实际的技术措施，大大提高了编码效率和网络自适应能力。

一种H.264码率控制的位分配算法

根据文献［］Ｂ＝，．５取。８若以表示第帧编码后的目标缓冲级，假设第１个Ｐ帧的量化参数等于ＧＰ的量化参数，并Ｏ则
＝
Ｂ２
（）２
收稿日期：２０－７１０６－ — ４０
作者简介：海军，（９３）男，西南郑人，教授，丁男１６一，陕副通信与信息系统专业．
较为流行的码率控制算法有ＭＰＧ．Ｍ５ｌＨ．３Ｔ８１ＭＰＧ．Ｍ１［．Ｈ２４４一种新颖、效Ｅ２Ｔ【、２ＭＮ［和ｌ６２Ｅ４Ｖ８３．６ｔ３１是高
的视频编码标准，标准采用量化参数预测技术实现码率控制，率失真优化引入码率控制中；而在实际该将然处理过程中，进行率失真之前，须确定量化参数，是Ｈ２４标准中码率控制的难点之一．在必这．６
．．
器实际的占有量，表示缓存大小，示编码第帧时实际产生的比特数，表示有效信道带宽，ｒ鼠Ａ表Ｆ表示帧率；则在对第（＋）ｊ１帧图像编码后缓冲器的实际占有量。以表示为：可毋＋＝ｍｎｍｘＯ马＋厂）］。ｉ［ａ（，Ａ，（）１
段的主要任务是持续更新率失真模型参数并进行跳帧控制．假设只有一组图像（ｒｕｆＰｃｕｅＧＰ，像序列按第１帧为Ｉ，面为连续Ｐ帧的顺序编码．Ｇｏｐｏｉｔｒ，Ｏ）图帧后帧若以Ｊ表示ＧＰ中所有帧的数目，＝１２．，ｒ示ＧＰ中的第帧，表示对第，图像编码后缓冲７＼ｒＯ，，．７表．Ｊ）＼Ｏ毋

基于H.264码率控制技术的模型参数更新算法

＾Ｄｐｒｄｃ［，］Ｃ，＿×】［／』２］ｌｅｉｔＪ＝Ｉ，
当样本点离拟合曲线比较远时，上述计算方式不能精确的反应样本点与拟合曲线的逼近程度，因此需要寻找
一
【一，］ｃＪ，１＋２，］（）？ ‘ ［６／
种新的精确的衡量样本点与拟合曲线逼近程度的距离计
率控制技术的模型参数更
算基新
一技＝．新二务一新＝术一一业二
一技ｌ．新二务一新＝ｌ一业二术一
新技术－新业务
适应性两方面达到一个很好的平衡。为改进模型参数的估计精度，文献中提出在更新模型参数时需要利用与当前基本单元相邻基本单元的时空相关性的思路，但其中并未给出相应的解决办法，基于上述思路，本文结合曼哈顿距离的概念和滑动窗口机制，提出一种基于滑动窗１机制的３自适应率点选择算法。
＝
寺Ｄ，』Ｖ ∑ ［］Ｊｉ
１
（４）
（）５
ＤｉｌｉＸ＋ｌｆ０ｌ＝Ｘ — ｏｌ —
（）１
Ｗ［ｉ［ｆ］，ＬＤＡ）４ｖＭｏ
其中，下标ｉ二维滑动窗口中按顺时针方向增加。在
块的滑动窗口中第ｊ宏块的ＭＡＤ。当宏块位置位于某个值行中的第一个时，Ｗ【的值可以利用ＭＡＤ垂直方向的＿】在
曼哈顿距离有关，如果曼哈顿距离比较大，则滑动窗口中宏块数相应增加，每次需要更新的复杂度也就相应增加。
２３增强的ＭＡ预测机制．Ｄ

H.264码率控制算法分析

ａｖｎａｅｎｉｄａｔｇｓｄａｔｇｓａｄｄｓｖｎａｅ．ａ
【ｅｒｓＫｙｗｏｄ】Ｈ．４ＡＣ；ｒｔｃｎｒｌｕｎｚｔｎｐｒｍｔｒＡ２／Ｖ６ａｏｔ；ｑａｔａｉａａｅ；ＭＤｅｏｉｏｅ
ｂｔｒｔｉａｅ
麓＋篾
一
适用于传输信道经常波动的情况。
一
般在视频标准产生后，码率控制都会得到广泛的
式中：为尚未分配的比特数；ｋＳｘｋｉＰＸ＝ｋＱ，＝，，分别为Ｉ
帧、的复杂度；上一帧的编码比特数；为上一帧Ｐ帧．为ｓ
参数，这就导致了在进行码率控制时出现了蛋鸡悖论：对
的平均量化步长；ｎ当前ＧＰ中尚未编码的Ｐ帧的数 Ⅳ为ｏ目；为常量系数；ｉｒｔ目标比特率；ｉｕｅｒｔｂａｔｅ为ｐｃｒａｔ＿ｅ为
口）
【ｂｔｃ】ｉｐｐｒｆｓｉｒｄｃｓｆｅｉｒｔｃｎｒｌａｄｖｒｂｉｒｅｃｎｒｌａｄｔｅ，ｉｔｅｌｈｆｔｅｓｅｉｅＡｓａｔｒｓａｅｒｎｏｕｅｘｄｂａｏｔｎａａｌｂｔａｏｔ，ｎｈｎｎｈｉｔｏｐｃｌｒ－ｉｔｔｉｔｅｏｉｅｔｏｇｈａ
・分・技析术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
【摘要】首先对固定码率控制和可变码率控制进行了介绍，然后结合Ｈ．４ＡＣ对码率控制的特殊要求，目前有代表性的２／Ｖ６对
Ｈ２４码率控制算法进行了综合评述，出其优缺点。．６指

H.264中一种基于R-Q模型的自适应码率控制算法研究

H.264中一种基于R-Q模型的自适应码率控制算法研究郑新资;骆冰清;孙知信【摘要】提出一种新的基于帧复杂度的二级码率控制算法(TSRCA, two-stage rate control algorithm)。

总结码率控制算法的最新研究成果,分析码率控制基本原理,继而提出一种二级码率控制算法,以解决“蛋鸡悖论”。

其次,用RDO模式选择中的比特数信息代替平均绝对残差(MAD, mean absolute difference)来预测帧的复杂度,提高了预测的准确度。

所提出的码率控制算法能够显著提高码率控制精度和编码性能。

%10.3969/j.issn.1000-436x.2012.12.005【期刊名称】《通信学报》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】8页(P35-42)【关键词】H.264;码率控制;帧复杂度【作者】郑新资;骆冰清;孙知信【作者单位】南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室,江苏南京 210003;南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室,江苏南京210003;南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室,江苏南京210003【正文语种】中文【中图分类】TP3391 引言码率控制能够实现输出码流处于传输信道实际带宽的限制内，同时最大限度地优化解码图像质量，已经成为视频编码中的一项重要技术[1]。

通常情况下，视频编码前后的信息量是会发生变化的，这就需要在信道和编码器之间增加一个缓冲区，来提高编码后的码流速率与通信信道速率的匹配度。

在尽可能保证视频传输过程不失真的前提下，再通过码率控制来克服码流速度和缓冲区大小之间的矛盾，防止缓冲区发生上溢或者下溢，并满足时延要求[2]。

因此码率控制算法的优劣对视频编码性能的影响是不言而喻的。

目前，码率控制方面的研究已经成为视频压缩和传输领域的重点和热点。

其中，具有代表性的有MPEG-2的TM5[3]码率控制算法、H.263的TMN8[4]的码率控制算法、MPEG-4的VM8和VM18[5]的码率控制算法、基于ρ-domain 模型[6]的码率控制算法，以及最新国际标准H.264参考软件中的码率控制算法和其他改进的码率控制算法。

基于H.264标准的码率控制改进算法

模型，同时对模型的参数进行实时高效的更新估算，因而控制精度、效率和编码质量都要高于Ｔ，Ｍ５
并且有很强的鲁棒性，能够应用于基于变换编码的多种视频编码系统。但是，二次模型大幅度地增加了计算量，且该方法关于Ｉ的Ｒ并帧Ｃ算法相当粗糙，选的ＱＰ不是基于该帧的图像内容。ｈ — ｍａｎ所并ＲｏＤｏｉ的算法是一种采用全新思想来进行率失真分析的ＲＣ算法，该算法首先在Ｈ．６编码系统中提出，并且２３因其本身的特点，可以被移植到别的编码标准中。不同于以往的各种算法，该算法引入了中间变量Ｐ，ｐ表量化后的ＤＣ系数中零值所占的百分比。算法主要计算都在ｐ内，过分别建立Ｒ— 以及ＱＰｐ代Ｔ该域通ｐ — 的一一对应来问接的建立Ｒ— 的关系模型，由于计算模型多为线性，并且大多数计算是帧级的，所以ＱＰ
１
引言
码率控制（ｔｎｒｌＣ）是视频编码中一项非常关键的技术。这项技术通过分析视频信源的码率（Ｒ）一量化参数（）的相关模型，根据目标码率Ｒ来调整ＱＰ以达到ＱＰ，控制视频流编码质量的目的。在现有的各种视频编码算法中所使用的ＲＣ法主要分为三大类，分别为算ＭＰＧ一使用的Ｔ＇Ｊ案中的ＲＥ２Ｍ５ ¨方Ｃ算法，ＭＰＧ．、Ｈ．６以及现今Ｈ．６所使用的ＴＥ４２３２４ＭＮ８的Ｒ算中Ｃ

基于H.264的码率控制算法

基于H.264的码率控制算法基于H.264的码率控制算法一、前言随着数字视频通信和视频编码技术的快速发展，H.264编码已成为目前最流行的视频编码标准之一。

为了实现高质量的视频传输和存储，码率控制算法被广泛应用于H.264编码中。

本文将重点探讨基于H.264的码率控制算法。

二、H.264编码简介H.264编码是一种视频压缩技术，通过减少冗余信息以及利用空间和时间相关性来达到数据压缩的目的。

H.264编码算法具有出色的画质表现和高压缩比。

然而，由于视频传输和存储资源有限，需要对视频流的码率进行控制以适应特定的需求。

三、码率控制算法1. 码率控制概述码率控制是指根据特定的应用需求，通过调整编码参数来控制视频编码的码率。

码率控制算法能够根据输入的视频源和目标码率生成合适的视频码流。

常见的码率控制算法包括恒定码率(CBR)、可变码率(VBR)和动态码率(DRC)。

2. CBR码率控制CBR码率控制算法固定每个视频帧的码率，将帧间码率均匀分配，保持恒定的传输速率。

这种算法适用于对传输延迟和网络带宽要求较高的应用，如实时视频通话等。

然而，CBR码率控制算法对于视频中的运动场景和细节丰富的部分可能会出现压缩失真。

3. VBR码率控制VBR码率控制算法根据视频内容的复杂程度动态调整每个视频帧的码率。

在静止或低运动的场景中，VBR算法会降低码率以减少冗余信息的传输，而在高运动的场景中会提高码率以保持画质。

VBR算法可以更好地适应视频内容的变化，但在网络带宽不稳定的情况下，可能会导致传输延迟或视频卡顿。

4. DRC码率控制DRC码率控制算法是基于H.264标准的一种动态码率控制方法，它通过监测编码器的缓冲区状态和网络的带宽情况来动态地调整码率。

当网络带宽较大时，DRC算法会增加码率以提高视频质量，而当网络带宽较小时，DRC算法会降低码率以保持视频的连续性。

DRC算法能够更好地适应网络环境的变化，提供更好的用户体验。

一种改进的H.264基本单元码率控制算法

Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＡｄｖａｎｃｅｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２１０，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｉｍｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｎｌｙｉｎＭｅａｎＡｂｓｏｌｕｔｅＤｉｆｅｒｅｎｃｅ（ＭＡＤ）ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄＭＡＤｆａｃｔｏｒｏｎｌｙｉｎｂｉｔａｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｂａｓｉｃｕｎｉｔｉｎＲａｔｅＣｏｎｔｒｏｌ（ＲＣ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＨ．２６４，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅ
ｐｒｅｄｉｃｔｅｄＭＡＤｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙａｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｌｉｎｅａｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｓｐａｃｅ — ｔｉｍｅｗｅｉｇｈｔｅｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｂａｓｉｃｕｎｉｔ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｂａｓｉｃｕｎｉｔｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｂｙａｃｏｍｂｉｎｅｄＰｅａｋＳｉｇｎａｌＮｏｉｓｅ

基于H.264的码率控制的改进方法研究

Ｔｈｅｔｒｔｏｒｌｃｎｂｅｄｅｉｄｂｙｔｅａｒｐｉｔｌｏｃｔｏｎｏｉｓａｄｐｅｉｉｆｔｉｅｂｓａｅｃｎｔｏａｃｄｅｈｐｐｏｒａｅａｌａｉｆｂｔｎｒｃｓｏｎｏｈｅｂｔｒｔｏｒ１Ｆｉｓｌａｅｃｎｔｏ．ｒｔｙ，ｔｅｈｏｄａｅｃｔｏｌｉ．４ａｈｅｐｏｂｅｓｗｈｉｈｎｅｄｔｅｈｅｍｔｓｏｆｒｔｏｎｒｎＨ２６ｎｄｔｒｌｍｃｅｏｂｓｖｄａｅｉｔｏｏｌｅｒｎｒｄｕｃｄＴｈｅｅｅａｍｐｏｔｎｅｏｌｉｎｓａｏｕａｅｃｎｔｏｌｍｅｈｅ．ｎｓｖｒｌｉｒａｔｒｓｕｔｏｂｔｒｔｏｒｔｏｄｓｉ．６ｎＨ２４
ｓｔｆｈｅｌｅｕｒｍｅｔｈｏｇｄｕｔｇｔｅｃｄｄｂｔｔｅｍｎｅｅｐｃｉｃｎｉｏｓａｉｙｔｅｒａｒｑｉｓｅｎｓｔｒｕｈａｊｓｉｏｅｉｓｒａｕｄｒｈｅｉｃｏｄｔｎ．ｎｈｔｓｆｉ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＲａｅｃｔｏｓｏｆｍｏｓｉｐｒａｒｎＨ．２６．Ｔｈｅｇｏｌｏｆｒｔｃｔｏｉｔｔｏｎｒｌｉｎｅｏｔｍｏｔｎｔｐａｔｉ４ａａｅｏｎｒｌｓｏ
ｏａｅｃｔｏＪｉ．６ｒＳＵｓｄｆｒｔｏｎｒｎＨ２４ａｅｄｉＣｓｅ．
Ｋｅｒ：Ｈ．６ｙｗｏｄｓ２４；ｒｔｏｒｌＲ— ｍｏｌＭＡＤｏｌｌｏａｉｎｏｆｂｔａｅｃｎｔｏ；Ｄｄｅ；ｍｄｅ；ａｌｃｔｏｉｓ

H.264硬件编码器设计

ＨａｄｗａｅｒｒＡｒｈｉｅｔｅｃｔｃｕｒＲｅｅｒｈ．６４ＥｎｃｄｅｓａｃｏｆＨ，ＷＵｅｇｋ，ＧＡＯ — ，ＺＣｈｎ－ｅＹｕｅＨＡＮＧｅＬｉ
维普资讯
文章编号：０２８９（０７０ — ０５０１０ — ６２２０）４０２ — ３
Ｈ．６２４硬件编码器设计
杨洋，宋
・
・设・实计用
锐，吴成柯，高玉娥，张
磊
（西安电子科技大学ＩＮ国家重点实验室，陕西西安７０７）Ｓｌｏ１
ｖｎｇｓａｄｄａｂｃｓｏｗｙｉａｒｈｔｃｕｅ，ｎｎｒｄｄｓｔｅｄｓｏｃｐｆｍｕ－ｅｅｎｏｅｏｒｓｄｏｅａａｔｅｎｒｗａｋｆｔｏｔｐｃｌａｃｉｔｒｓａｄｉｔｕｅｈｅｉｃｎｅｔｏ￣ｋｍｌｅｃｄｒｃｍｐｉｅａｅｏｎｇｆｓｐ－
开发成本以及随着应用成熟和产量增加向更低成本迁移
的能力。
２２设计要点．
具体设计过程中需注意以下几点，它们是影响编码
器性能的主要因素。
１）运算复杂度及带宽Ｈ．编码器承担更大的运算量，对带宽编码系统２４６的需求也进一步提高。其中运动估计参考数据的读取已成为占用带宽最大的数据流类型，此外用于帧内预测的相邻块数据、格朗日模式选择过程、拉以及模块间复杂的
（ｔｎｌＫｙＬｂｒｔｙ０￥ＩＮ，Ｘｄａｎｖｒ，Ｘｉｎ７Ｏ７，ＣｉＮａｏａｅａｏａｏ１ＳｉｒｉｉＵｉｓｎｅ１０１ａｈｎａ）

h.264码流控制规范

二、H.264标准的码率控制模块(rate control)规范描述H.264标准中码率控制方法的提案主要有三个：JVT-F086(2002)算法、JvT-G012(2003)算法和JVT-O016(2005)算法，后两种即通常所说的李氏提案和吴氏提案。

其JVT-F086可以看成是MPEG-2 TM5改进版本；JVT-G012算法用流量往返模型来分配每个基本单元目标比特数，并采用二次率失真函数计算量化参数后进行编码，而JVT-O016则继承了JVT-G012的传统算法，侧重于率失真优化RDO模型的改进，充分挖掘图像的时空相关性。

2.1 JVT-F086(2002)JVT-F086算法与MPEG-2的码率控制算法TM5类似，其工作流程同样由三步组成。

首先是目标比特分配，在图像编码前，估计出对下一帧图像编码所需要的比特数：接着是速率控制，通过一个虚拟缓存器，给每个宏块设定量化参数的参考值；最后是自适应量化，根据宏块的空间活动性来调整量化参数的参考值，以获得用于宏块的量化参数值。

JVT-F086算法结构如图2-1所示：图2-1 JVT-F086算法结构图在目标比特分配步骤中，首先对图像序列中的第一个I帧，P帧或B帧定义不同的总体复杂度的度量，具体可由下式得到：，具体可由下式得到：=115*bitrate/115=15*bitrate/115=5*bitrate/115得到总体复杂度的度量以后，再求得下一帧图像的目标比特数目，即，根据分配给该组图像(GOP)的总比特数R来计算。

如果当前图像GOP(INTRA帧)是第一个，那么R值更新如下：R=bitrate*(++1)/framerateN是GOP中图像的数目，和分别是当前GOP中未编码的P帧和B帧的数目，且R初始设定为0。

如果当前帧不是GOP中的第一个图像，如果图像序列中已编码比特数为nbits，那么R值更新如下：R- nbits→R计算出分配给下一帧的目标比特数后，步骤一将结果传递给步骤二，进行速率控制，速率控制步骤基于虚拟缓存器的概念，在编码宏j(j>=1)之前，虚拟缓存器饱和度基于图像类型来计算：=QP*10*bitrate/(31*framerate)=(QP+2)*10*bitrate/(31*framerate)=(QP+2)*10*bitrate/31这里，，，的值分别是对I，P，B帧型的虚拟缓存器的初始饱和度值。

H.264编码算法的研究

H.264编码算法的研究摘要:本文简单介绍了视频编码发展的历程,然后分析了H.264标准的编码算法的核心技术,最后对它在各领域的发展前景进行了展望。

关键词:视频编码H.264 帧间预测从1948年提出电视信号可以数字化以来,图像压缩编码技术已有50多年的历史。

随着市场对图像传输需求的增加,人们都在致力于研究一种新的视频压缩算法,以达到共同的目标——即在尽可能低的码速率下获得高质量的图像。

现在人们在静止图像和活动图像的压缩算法方面形成了许多标准,有国际化标准组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)关于静止图像的编码标准JPEG/JPEG2000,关于活动图像的编码标准MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4(2)、MPEG-10(4)等,以及国际电信联盟(ITU)制定的视频编码标准H.26X系列。

1 H.26x系列标准的发展与应用H.261是最早出现的实用的视频编码建议,是规范ISDN上的会议电视和可视电话应用中的视频编码技术。

它采用了减少时间冗余的帧间预测和减少空间冗余的DCT变换的混合编码方法,其输出码率是p×64kbit/s。

H.263建议的是低码率图像压缩标准,支持码率小于64kbit/s的应用。

H.264是ITU的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC 的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(JVT)开发的一个新的数字视频编码标准。

在H.264建议中有很多值得欣赏的技术,主要有运动估值和运动补偿、帧内预测、帧间预测、整数变换、变换系数量化、扫描顺序、抗块效应滤波器、熵编码、新的图像片类型、算法的分层结构。

正是因为它有着很高的图像压缩效率和差错控制技术,因此在高速网络和随机信道中有着广泛的应用。

在H.264中,除了利用量化步长来适应信道码率外,还利用数据分割的方法应对信道码率的变化。

在无线环境中,通过改变每一帧的量化精度或空间/时间分辨率来支持无线信道的大比特率变化。

2 H.264标准的编码算法2.1 帧内预测编码H.264的基本预测技术是基于块,而像素块预测编码包括帧内块预测和帧间块预测,帧内预测在H.264中有着很重要的地位。

基于运动检测的H.264码率控制的算法

显的增加，平均信噪比也得到了提高。
关键词：率控制；码运动检测；量化参数；次模型；格朗日参数；２４ＡＣ二拉Ｈ．６／Ｖ
中图分类号：Ｐ７Ｔ３文献标志码：Ａ
Ｎｏｅｉ－ａｅｃｎｔｏｌｏｉｈｎ０．６ｓｄｏｍｏｉｎｅｅｔｏｖｌｂｔｒｔｏｒｌａｇｒｔｉｆｒＨ２４ｂａｅｎｔｏｄｔｃｉｎ
ａｅ，ｆｃａｅｃｄｔｏｅｒｖｕａｅａｓｄｔａｊｓｔｒｔａｆｈｕｅｔｒ．Ａｒｈｃｎｈｎｅｄｒａａｔｌｎｏｅｒｅｆｈｅｉｓｒｍｓｅｄｕｔａｅｒｔｏｅｃｒｎｆｍｅｓｅｓｅｅａｇｓｕａｔｐｏｆｗｕｏｇｅｔａｏｆｔｃｎａ
ｏｈｕｄａｉｄｌｉｈｒｃｓｆｅｃｄｎ．ＴｅＬｇａｇａａｔｒＣｅｏｔｚｄｎｔｅｑａｒｔｃｍｏｅｎｔｅｐｏｅｓｏｎｏｉｇｈａｒｎｅｐｍｅｅａｂｐｉｅ．Ｔｈｘｅｍｅｔｅｕｔｈｗｒｎｍｉｅｅｐｒｎａｒｓｌｓｏｉｌｓ
基于运动检测的Ｈ．６２４码率控制的算法
李慧然彭强，睿，陈
（．１西南交通大学信息科学与技术学院，成都６０３；２中兴通讯股份有限公司中心研究院，１０１．广东深圳５８５）１０７
（ｓｅｅｓ１６ｅｍａｈｒｎ＠２．ｏ）
２ＺＥＣｎｒｌｅｅｒｎｅｅｐｎ，Ｔｏｏａｉ，ｈｎｈｎＧａｇｏｇ５８５，Ｃｉ）．ＴｅｔｓａｃａｄＤｖｌｍｅｔＺＥＣｒｒｔｎＳｅｚｅｕｎｄｎ１０７ｈｎａＲｈｏｐｏａ

H.264熵解码器CAVLC的硬件设计

适合干硬件实现。ＣＡＶＬＣ的解码过程如下：初始化１８＠３ｆｓ２０Ｈｚ达到Ｈ．６主０８０／＠０Ｍ，２４
工作，确定输入数据的块类型等参数；
框架第４的解码速度要求，向下兼容层
求变量ＮＣ，根据ＮＣ的值选择所要查的支持基本框架协议，支持Ｈ．６协议不２４
根据编码语法元素动态调整编码中使用择以及除拖尾系数外非零系数的幅值后计基本上将解码所浪费在数据调度上的
的码表，以达到好的编码效率。缀长度的更新。时间冗余降到了最低，大大提高了解码
Ｈ．６解码器的实现一般有效的方２４
ＣＡＶＬＣ共有６个语法元素需要解的速度。本文中所论述的ＣＡＶＬＣ熵解码器
一应计费设消子用毫
同济大学倪娜
的数量和符号进行了组织共同推出的最新一代视频压缩标于这些拖位系数１准，其压缩效率较Ｈ．６２３和ＭＰ一４专门编码。ＥＧ
维普资讯
Ｈ２４．熵解码器ＣＶＣ的硬件设计６ＡＬ
在ｃＡＶＬｃ中，Ｈ．６２４采用若干ＣＡＶＬＣ解码各个句法元素的解码设计
码表，同的码表对应不同的概率成单独的功能模块，每个模块的功能相不建图像质量下，Ｈ．６比Ｈ．６节约ＶＬＣ２４２３
对都比较简单，由一个总体控制单元，５％左右的码率。因其更高的压缩比、模型。编码器能够根据上下文，如周围０
更好的Ｉ和无线网络信道的适应性，块的非零系数或系数的绝对值大小，在负责调度功能块之间的流水线处理以及Ｐ在数字视频通信和存储领域得到越来越这些码表中自动地选择，最大可能地与数据的调度。广泛的应用。当前数据的概率模型匹配，从而实现了