伪跳帧与场景切换技术在H.264中的应用研究

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随着信息技术的发展和互联网的普及,人们对视频信息的需求越来越大,数字视频的应用也越来越广,视频处理的核心技术视频压缩编码技术的发展更是相当迅速。目前有关视频压缩编码的标准已经有几十种,H.264是由国际标准化组织和国际电信联盟共同组成的联合图像专家组JVT开发制定的视频编解码标准,它较以前的标准有着更高的压缩率,更好的网络适应性。但是由于采用了多种复杂的模型和算法,编码时间的消耗也随之成倍增加。JVT提供的测试模型由于考虑了各种算法的实现,其复杂度和时间消耗都是相当的大,基本不适合实际应用,因此对其进行改进和优化是十分重要的。 当前对视频压缩编码技术的研究大部分都是基于算法的流程或技巧上的改进,实验也是对各种视频序列进行逐个测试,而对其内容的变化考虑的比较少,特别是多个场景的情况研究的不多,而现实中的视频都是由一系列的镜头连接而成的,因此本文从多场景视频的编码出发进行研究。此外,在当前的视频应用中,由于网络带宽或资源的限制,视频编码时会采用跳帧的方法来控制码率,而跳帧对视频质量的负面影响是相当严重的,因此视频编码中对跳帧的控制显得非常重要。 本文介绍了H.264的编码原理及其主要技术,主要在码率控制算法和场景切换技术两个方面做了比较深入的研究工作。 首先,研究了现有码率控制算法,分析了视频处理中产生跳帧的原因,并从中引出了伪跳帧这一概念。在此基础上提出了一种基于伪跳帧技术的码率控制方法,该方法充分利用了H.264标准的各种语法元素,极大程度地避免了码率控制中跳帧的产生,实验表明使用该方法编码在达到目标码率的情况下提高了编码压缩效率。 其次,以视频检索中的场景切换技术为切入点,将关键帧提取和场景切换算法引入到视频压缩编码的模式选择中,使编码效率得到了提高。该方法针对有场景切换的视频,在编码时对场景切换进行了动态的识别并将识别的信息应用于帧类型和宏块预测模式的确定,使编码产生的压缩视频质量得到提升,同时也更适于后续应用。 最后,设计了一个简单网络视频传输系统,该系统以H.264编码器为核心编码器,其中实现了本文提出的算法,它可以实现视频的捕捉、压缩与传输,从而验证了本文提出的算法的实用性。
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