fa الگوریتم کنترل نرخ بیت متغیر ویدئو در سطح گروه تصاویر برای استاندارد فشرده‎سازی H.265 مقالات پردازش تصویر Paper پژوهشي Research <p><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">در این مقاله، </span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">یک</span></span> <span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">الگوریتم کنترل نرخ بیت در سطح گروه تصاویر </span></span><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:9.0pt;">(</span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:8.0pt;">(GOP</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> برای استاندارد ویدئویی جدید </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:8.0pt;">H.265</span></span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> جهت کاربردهای</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">ی</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> با نرخ بیت متغیر با قید بافر ارائه ‌شده است. با توجه به تغییرات ساختاری کدگذار استاندارد </span></span><span dir="LTR"><span style="color:black;"><span style="font-size:8.0pt;">H.265</span></span></span> <span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">نسبت به استانداردهای قبلی، نیاز به طراحی الگوریتم</span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:8.0pt;">&lrm;</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">های جدید کنترل نرخ بیت احساس می&lrm;شود. در الگوریتم پیشنهادی، تغییرات پارامتر چندی</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">&lrm;</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">سازی </span></span><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:9.0pt;">(</span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:8.0pt;">QP</span></span><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:9.0pt;">)</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;"> برای هر گروه تصاویر نسبت به گروه تصاویر قبلی با توجه به نرخ بیت هدف و وضعیت بافر محاسبه می&lrm;شود. این روش امکان تغییرات کوتاه‌مدت هدفمند در نرخ بیت ویدئوی فشرده‌شده را به‌نحوی فراهم می‌کند تا ویدئوی بازسازی‌شده کیفیت دیداری یکنواخت‌تر و مطلوب&lrm;تری داشته باشد. برخلاف روش</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">&lrm;</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">های متداول، این الگوریتم به‌جای استفاده از مدل</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">&lrm;</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">های نرخ-اعوجاج </span></span><span dir="LTR"><span style="font-size:8.0pt;">(R-D)</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">، از یک جدول مراجعه بهره می</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">&lrm;</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">برد که باعث کاهش چشم‌گیر حجم محاسبات شده است. نتایج پیاده</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">&lrm;</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">سازی نشان می</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">&lrm;</span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:10.0pt;">دهد، نه‌تنها نرخ بیت خروجی مطابق قید بافر به‌طورکامل کنترل می‌شود، بلکه کیفیت ویدئوی خروجی نیز نسبت به حالت بدون کنترل به‌خوبی حفظ می‌شود.</span></span></p> <p align="left" style="DIRECTION: ltr"><strong>A rate control algorithm at the group of picture (GOP) level is proposed in this paper for variable bit rate applications of the H.265/HEVC video coding standard with buffer constraint. Due to structural changes in the HEVC compared to the previous standards, new rate control algorithms are needed to be designed. In the proposed algorithm, quantization parameter (QP) of each GOP is obtained by modifying QP of previous GOP according to target bit rate and buffer status. Buffer status and target bit rate are input variables selected to expand a two dimensional lookup table. Output of the lookup table is provided in a way to allow short-term variations in bit rate, in order to reach better and more uniform visual quality of reconstructed video. In addition, a QP cascading technique is used for calculating QP of frames in each GOP that operates like a bit allocation scheme and causes suitable trade-off between quality and compression rate. Unlike conventional methods, proposed scheme uses a lookup table instead of using a rate-distortion model that significantly reduces the computational complexity. Several video sequences with completely different contents were used for experiments. Some short video sequences are concatenated to attain long video sequences which are closer to variable bit rate applications. &nbsp;Lookup table based (LUT) proposed algorithm is implemented on HM reference software and compared with <em>&lambda;</em>-domain rate control algorithm (<em>&lambda;</em>-RC) and constant QP (CQP) case that defined as anchor. In almost the same average bit rate (CQP: 1527.97, LUT: 1520.92, <em>&lambda;</em>-RC: 1529.41), average QP (28.09, 28.18, 29.91) and average peak signal to noise ratio (PSNR) (37.88, 37.87, 37.76) of LUT is closer to CQP than that of <em>&lambda;</em>-RC. Average values of QP standard deviation (1.13, 2.28, 4.27) and PSNR standard deviation (1.37, 2.11, 2.15) of LUT is smaller than <em>&lambda;</em>-RC and closer to CQP. From rate control point of view, minimum buffering delay on average for all video sequences resulted by LUT is the same with that of <em>&lambda;</em>-RC which is one of the best rate controllers proposed for the HEVC (0.94, 0.36, 0.35). Consequently, experimental results show that not only bit rate is perfectly controlled according to buffer constraints, but also the quality of reconstructed video is well maintained.</strong></p> استاندارد H.265/HEVC, جدول مراجعه (Lookup Table), فشرده‎سازی ویدئو, کنترل نرخ بیت, نرخ بیت متغیر H.265/HEVC standard, Lookup table, Rate control algorithm, Variable bit rate, Video coding 99 110 http://jsdp.rcisp.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-747-1&slc_lang=fa&sid=1 Davoud Fani داود فانی fani.davoud@gmail.com 10031947532846005215 10031947532846005215 No University of Sistan and Baluchestan, Faculty of Electrical and Computer Engineering دانشگاه سیستان و بلوچستان - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر Mehdi Rezaei مهدی رضائی mehdi.rezaei@ece.usb.ac.ir 10031947532846005216 10031947532846005216 Yes University of Sistan and Baluchestan, Faculty of Electrical and Computer Engineering دانشگاه سیستان و بلوچستان - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر Maryam Sarhaddi Avval مریم سرحدی اول msarhaddi67@gmail.com 10031947532846005217 10031947532846005217 No University of Sistan and Baluchestan, Faculty of Electrical and Computer Engineering دانشگاه سیستان و بلوچستان - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر