一种基于avch.264视频编码器的功耗-码率-失真模型分析-analysis of a power consumption - code rate - distortion model based on avch.264 video encoder.docxVIP

摘要随着无线移动通信技术的崛起、无线网络带宽的不断提高以及具有多媒体处理能 力的移动终端的普及，应用在无线移动环境下的多媒体通信业务已经成为第三代以及 第四代移动通信技术发展的核心。与此同时，目前无线多媒体终端处理器相对台式机 或专业设备在计算处理能力上的不足，以及处理器功耗约束性问题已成为限制移动多 媒体业务发展的主要障碍。本文在国家自然科学基金项目“无线移动环境下复杂度可 分级联合功率率失真模型（No.” 和教育部博士点基金项目“广义率失真 理论及在无线通信中的应用（No. 20040487009）”的联合资助下，分析了典型的视频 编码系统的编码能耗机制，并把能量消耗引入到传统的视频编码率失真分析框架中， 提出了一种参数化的功耗-码率-失真三维分析模型，并通过 AVC/H.264 视频编码器验 证了该三维模型的准确性，目的是将该功耗-码率-失真模型作为无线移动环境下视频 通信以及终端系统设计和性能优化的理论指导，从而保证在终端功率受限的约束情况 下，尽可能延长终端使用时间，使视频数据达到视频质量、信道带宽和功率耗损动态 平衡的最优，为解决视频编码系统的最优化参数配置和资源分配提供一种新的理论和 方法。本文所做主要工作如下：一. 首先由功耗与编码算法复杂度的对应关系，明确了实现功耗控制的手段是控 制算法的复杂度，定义算法的时间复杂度作为实际功耗的表征参量。然后重点分析了 典型视频编码系统的主要技术模块，以及这些技术模块对编码功耗的影响，通过将各 编码主要技术模块的功耗模型化，建立了一参数化的视频编码器功耗模型，并选取码 率和帧内刷新率作为该模型的主要控制参数。最后通过在 H.264 的 JM12.0 编码参考 软件上对 foreman.qcif、stefan.qcif、paris.qcif、container.qcif 测试序列进行大量的实验 统计，验证了该模型的准确性。二. 分析了视频编码器的率失真特性，选取了一性能优良的率失真模型，并将建 立的功耗模型引入到该率失真模型中，建立起功耗-码率-失真三维分析模型。三. 在该三维模型框架内，分析了视频编码器功耗、码率、失真三者之间的对应关系，讨论了该三维模型的优化控制问题。在该功耗-码率-失真模型框架下，视频编码器优化问题主要集中为：一是在给定的编码功耗层级上，寻求最优的控制参数，使 得编码后的失真最小；二是在一定的失真层级上，选取最优的控制参数，使得编码处 理的功耗最小。关键词：功耗 复杂度 率失真 视频编码 AVC/H.264 优化控制AbstractWith the rapid development in wireless communication, the enhancement of the wireless channel band width, and the popularity of mobile devices with multimedia data processing ability, multimedia applications in wireless environment draw great attention in the third and forth generation mobile communication. At the meantime, the processing capabilities insufficiency of mobile device compared to PC or professional equipments and the microprocessor‘s power-constraint problem caused by battery become the major restriction to the development of wireless multimedia applications. Sponsored by Programs of National Science Foundation of China ―Complexity Scalable Power-Rate-Distortion Model for Wireless Video Communication (Grant No‖ and Doctoral Foundation of Ministry of Education in China ―Extended Rate-Distortion Theory and its Applications in Wireless Communication‖, this thesis is focusing on analyz