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视频转码算法研究

2020-12-07阅读(878)

视频转码算法研究

论文摘要

随着多媒体通信和视频编码技术的发展,针对不同的数字视频应用,出现了许多视频编码方案和标准。而多种视频压缩标准的共存和网络的异构性导致了视频设备和网络传输出现兼容性问题。视频转码可以解决这种兼容性,将一种压缩格式的视频码流转换为另一种压缩格式,如不同码率、不同分辨率、不同语法格式等。论文系统地研究了MPEG-4到H.264转码的标准间转码、码率转换、空间分辨率转码和时间分辨率转码等技术。论文首先阐述了标准间转码的关键技术,分析了纹理数据复用和运动矢量复用的MPEG-4至H.264转码中误差产生的原因,并提出了误差补偿的方法。在码率转换部分,研究了基于基本单元层的比特分配策略,以输入压缩码流中的信息为依据来分配基本单元的编码比特数,使转码中实际分配的比特数更接近于目标比特数。在空间分辨率转码部分,为减少运算开销,提出一种整数变换域内的帧内空间分辨率下采样转码快速算法。利用H.264帧内预测模式具有方向性的特点,提出整数变换域内的块边缘方向检测方法,以此预测块的帧内编码模式;分析了宏块编码的块大小与宏块包含的16个4×4子块直流（DC）系数方差间关系的统计结果,在此基础之上,提出根据宏块子块DC系数方差与阈值比较的结果来选择块编码大小的算法,并引入“过渡区间”的概念,通过设定“双重阈值”以减少误判;经数据统计发现,相邻块之间帧内预测模式具有一定相关性,论文给出预测模式相关性判决准则,提出根据已编码相邻块的帧内预测模式预测当前块的编码模式,有效地缩小了耗时的模式搜索。在帧间空间分辨率下采样转码中,提出两种支持任意比率下采样转码的宏块编码模式确定方法:模式映射法和残差预测法;并根据映射区域运动矢量离散度,进一步减少了候选预测模式的数目,缩短了转码时间,并保持了较好的图像质量。论文最后研究了时间分辨率转码,在已有的运动矢量重建算法的基础上,结合MPEG-4到H.264转码的特点,改进了活动主导运动矢量选择（ADVS）算法,提出了根据压缩码流中当前块的编码模式和丢弃帧中参考块的编码模式来预测当前块再编码模式的方法,使模式搜索的范围缩减50%以上,同时保持了较好的率失真特性,实验结果表明,转码PSNR和码率均接近于完全重编码结果。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景及意义
  • 1.2 视频编码标准与方案
  • 1.2.1 视频编码标准与方案发展历史
  • 1.2.2 视频编码基本原理
  • 1.3 视频转码技术概述
  • 1.4 本文主要内容与贡献
  • 1.4.1 主要内容
  • 1.4.2 主要贡献:
  • 第2章 标准间转码与码率转换
  • 2.1 标准间转码
  • 2.1.1 转码器设计准则
  • 2.1.2 MPEG-4标准和H.264标准的比较
  • 2.1.3 MPEG-4到H.264转码的关键技术
  • 2.1.4 运动矢量与纹理数据复用的误差分析与补偿
  • 2.1.5 实验结果与分析
  • 2.2 码率变换
  • 2.2.1 经典码率控制算法
  • 2.2.2 H.264码率控制算法JVT-G012
  • 2.3 基本单元层比特分配的码率转码
  • 2.3.1 初始量化参数的选择
  • 2.3.2 帧层目标比特分配
  • 2.3.3 基本单元层的比特分配
  • 2.3.4 原始码流信息复用
  • 2.3.5 实验结果与分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 空间分辨率转码技术
  • 3.1 引言
  • 3.2 DCT域图像空间分辨率变换理论基础
  • 3.2.1 子带DCT系数的计算
  • 3.2.2 DCT系数块的分解与合成
  • 3.3 DCT域图像空间分辨率上采样
  • 3.4 DCT域图像空间分辨率下采样
  • 3.4.1 DCT域整数倍下采样
  • 3.4.2 DCT域任意比率下采样
  • 3.5 帧内空间分辨率下采样转码
  • 3.5.1 H.264帧内预测技术
  • 3.5.2 整数变换域帧内4×4块边缘方向检测
  • 3.5.3 整数变换域帧内16×16块和8×8块边缘方向检测
  • 3.5.4 帧内编码块大小的选择
  • 3.5.5 基于相邻块纹理相关性的模式判决
  • 3.5.6 帧内下采样转码混合快速算法
  • 3.5.7 实验结果与分析
  • 3.6 帧间空间分辨率下采样转码
  • 3.6.1 运动矢量的重建
  • 3.6.2 宏块再编码模式的确定
  • 3.6.3 运动矢量的离散度与宏块预测模式
  • 3.6.4 实验结果与分析
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 帧率变换转码技术
  • 4.1 引言
  • 4.2 帧率上采样转码
  • 4.3 丢弃非参考帧的帧率下采样转码
  • 4.4 丢弃参考帧的帧率下采样转码
  • 4.4.1 双线性插值运动矢量合成算法
  • 4.4.2 前向主导运动矢量合成算法（FDVS）
  • 4.4.3 ADVS运动矢量合成算法
  • 4.4.4 基于复合编码模式的ADVS算法
  • 4.4.5 合成运动矢量的细化
  • 4.4.6 动态帧率下采样转码
  • 4.4.7 基于宏块再编码模式预测的帧率下采样转码
  • 4.4.8 实验结果与分析
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 总结与展望
  • 5.1 总结
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢

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