【摘 要】
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信息社会的不断发展不仅带来了对视频信息需求的快速增长,也对视频编码的效率提出了越来越高的要求。作为新一代视频编码标准,H.264以其低失真和高压缩率在实时的视频传输中
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信息社会的不断发展不仅带来了对视频信息需求的快速增长,也对视频编码的效率提出了越来越高的要求。作为新一代视频编码标准,H.264以其低失真和高压缩率在实时的视频传输中占据了主导地位。为了保证视频流的传输质量,大部分的应用还需要相应的码率控制模块,使视频的码率相对稳定,并与信道带宽相匹配。因此,研究H.264视频编码算法中的码率控制对H.264的实际应用具有重要的意义。由于H.264编码算法的复杂度很高,使得码率控制的实现难度也大大增加。虽然经过多年的研究和改进,现有的码率控制方案依然存在着一些问题,比如码率失配、视频质量波动等。 本文依托面向视频监控领域的H.264实时高清编码器的实现,以不损失实时性为基础,提出了一种复杂度可以接受的码率控制算法。该算法以快速率失真优化为基础,并对编码过程采用分级控制方案,以保证编码效果。算法仿真结果显示,相对于x264中的码率控制,本章所实现的控制过程在整体码率的控制以及输出码流和重建质量的平滑上,都有更好的表现。为了使H.264编码器作为一个独立的IP,不需要系统干涉即能进行码率控制,本文从实用角度出发,研究了如何对码率控制算法进行近似,将其转换为适合硬件实现的描述。另外,为了在特定的时间内完成码率控制和视频编码过程,本文提出并以RTL描述实现了基于流水线方式的视频编码和码率控制方案,作为原有H.264编码器的重要补充部分。经过仿真验证,本文所提出的码率控制方案可以在不损失实时性的基础上,有效抑制由视频内容引起的码率抖动,同时维持较高的信噪比水平。本文所实现的码率控制单元采用SMIC CMOS65nm工艺,综合规模为18.6K个逻辑单元,最高运行频率为250MHz,与原有的H.264编码器配合,可以实现每秒60帧的720P视频编码。
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