基于博弈論的低碼率視頻編碼的碼率控制算法研究.doc

I摘要現(xiàn)代博弈理論由數(shù)學(xué)家馮諾伊曼創(chuàng)立的，博弈理論是在多重因素的考慮下，找到一種對各個(gè)因素來說最合理最優(yōu)的一種均衡，即最優(yōu)策略，這篇論文是論述了視頻編碼中博弈理論的運(yùn)用，而最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264運(yùn)用了博弈理論的方法，在給定的碼率下，選擇最優(yōu)化的編碼模式，從而使編碼后的失真度為最小。然而，H.264基于博弈論的率失真控制模型也有缺陷，因此，H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的研究改進(jìn)對促進(jìn)視頻編碼以及通信技術(shù)的發(fā)展都具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文首先介紹了博弈論和H.264的編碼原理，重點(diǎn)分析了H.264的幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、整數(shù)變換及量化、熵編碼等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。接著分析了博弈論在視頻編碼中的運(yùn)用，即對H.264的率失真控制模型進(jìn)行分析改進(jìn)，本文的實(shí)現(xiàn)部分是用參考軟件JM9.5來做的，并且進(jìn)行性能分析比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)可以在圖像質(zhì)量基本保持不變的基礎(chǔ)上，有效的提高了壓縮比，其編碼性能比以往的所有編碼標(biāo)準(zhǔn)有了重大提高，本文最后也提出了視頻編碼的最新的幾個(gè)研究方向。關(guān)鍵詞：博弈論視頻編碼編碼模型率失真控制模型H.264IIAbstractModerngametheoryisfoundedbyFengNeumann,GameTheoryisintheconsiderationofmultiplefactors,tofindthemostoptimalandreasonablebalancedforthevariousfactors,thatistheoptimalstrategy,Thispaperisdiscussedtheapplicationofgametheoryinthevideoencoding.ThelatestvideocodingstandardH.264usedgametheorymethods,itchoosethemostoptimizedcodingmodewithgivenrate,tominimizethedistortionafterencoding,However,H.264Videocodingstandardsrate-distortioncontrolmodelwhichbasedongametheoryisdefective,so,theresearchandimprovementofH.264videocodingstandardhavegreattheoreticalsignificanceandvalueforvideoencodingandcommunicationtechnologydevelopment.ThispaperfirstintroducedgametheoryandH.264scodingtheory,andfocusontheanalysisofIntraPrediction,Interforecast,integertransformandquantified,entropycoding,andseveralotherkeytechnologiesintheH.264,thenanalysistheuseofgametheoryinthevideoencoding,andThatis,analysisandimprovetherate-distortioncontrolmodeloftheH.264,therealizationofH.264isusedtheJM9.5toachieve，andanalysisH.264VideocodingstandardsPerformance,Theresultsshowedthat,onthebasisofremainingthesameimagequality,thismethodcouldeffectiveimprovethecompressionratio,Comparingwithallthepreviouscodingstandards,theperformanceofthiscodingstandardhasasignificantincrease.Finally,thispaperalsomadethelatestvideoencodingseveralresearchdirections.Keywords:gametheory,videocoding,codingmodel,rate-distortioncontrolmodel,H.264III目錄摘要.IAbstract.錯(cuò)誤!未定義書簽。1緒論.11.1課題背景.11.2課題研究的目的和意義.21.3國內(nèi)外視頻編碼的發(fā)展概況.31.4本文框架結(jié)構(gòu).42博弈理論與H.264編碼原理.52.1博弈理論.52.2H.264視頻編碼原理.73博弈理論在H.264編碼中的運(yùn)用.203.1基于Lagrangian優(yōu)化算法的H.264編碼控制模型.203.2H.264基于Lagrangian優(yōu)化算法的編碼控制的缺陷與新的改進(jìn).254H.264的實(shí)現(xiàn)以及H.264的性能分析.284.1H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的壓縮編碼的實(shí)現(xiàn).284.2H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的解碼實(shí)現(xiàn).304.3H.264的性能分析.325總結(jié)與展望.345.1研究視頻編碼工作的總結(jié).345.2視頻編碼工作的展望.35致謝.37參考文獻(xiàn).3811緒論1.1課題背景自1985年以來，ISO和ITU標(biāo)準(zhǔn)化部門(ITU-T:TelecommunicationStandardizationSector)發(fā)布了一系列圖像和視頻編碼算法的建議。1990年，國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT:ConsultativeCommitteeInternationalTelephoneandTelegraph)提出了第一部視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)在1993年由ITU-T以ITU-TH.261發(fā)表，用p64Kbps低速率實(shí)現(xiàn)在ISDN網(wǎng)上通信。H.261定義了一個(gè)完整的視頻編碼算法.采用了幀內(nèi)圖像編碼、幀間誤差預(yù)測、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、DCT、變長編碼等技術(shù)，建立了取得巨大成功的基于塊的混合編碼框架，為后來的MPEG-1，MPEG-2等視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)。1991年11月，ISO發(fā)布了視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)草案MPEG-1，以1.52Mbps的速率實(shí)現(xiàn)在CD-ROM上的視頻和音頻存儲(chǔ)。MPEG-1改進(jìn)的主要內(nèi)容是增加了B圖像幀(雙向預(yù)測)和圖像組(GOR：GroupOfPictures)，這些改進(jìn)具有更高的壓縮比，同時(shí)定義了編碼算法中各工具層的語法，使視頻的可操作性更靈活1。ITU-TH.262，即于1994年發(fā)布的MPEG-2，是適于49Mbps傳輸速率HDTV的編碼算法標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)能廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)(BBS)、電纜電視(CAM)、數(shù)字電視地面廣播(DTTB)、點(diǎn)播電視(VOW)、數(shù)字聲音廣播(DAB)、多媒體終端、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)、雙工通信等眾多領(lǐng)域。MPEG-2是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DVD的核心標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2是MPEG-l的一個(gè)超集，它后向兼容MPEG-l。MPEG-2又對MPEG-1作了重要的改進(jìn)和擴(kuò)充。針對隔行掃描的常規(guī)電視圖像專門設(shè)置了“按幀編碼”和“按場編碼”兩種模式，并對運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償作了相應(yīng)的擴(kuò)充，使其編碼效率顯著提高2。1996年標(biāo)準(zhǔn)化組織開發(fā)的第一版新視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)ITU-TH.2633，適用于PSTN網(wǎng)上64Kbps以下的低速率通信。H.263支持更多的圖像格式、半像素精度運(yùn)動(dòng)估計(jì)、宏塊(l616)運(yùn)動(dòng)估計(jì)和塊(88)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的自