MPEG-2到H.264视频转码算法研究

论文摘要

目前,MPEG-2应用比较广泛,使用MPEG-2进行编码的视频资源丰富。随着多媒体技术的不断发展,视频编码技术得到飞速的发展。H.264是最近公布的新的编码标准,相比先前的编码标准,其性能优异,编码灵活多变,可以满足从低码率（如手机）到高码率（如高清电视）不同的应用需求。如果能把资源丰富的MPEG-2视频快速的转换成编码性能优异的H.264视频,具有非常重要的应用意义。本文首先介绍了视频转码的研究背景及现状,对数字视频编码的概念、MPEG-2编码标准和H.264编码标准进行简要的介绍。通过比较分析MPEG-2和H.264编码标准,总结出了两种标准的异同点,为MPEG-2到H.264的转码算法研究做准备。其次,为了用最小的复杂度来获得最好的性能,我们利用MPEG-2码流中的CMT、编码块模式（CBP）和DC系数自适应的选择H.264宏块编码模式。实验结果表明,相比全编全解,该算法在保持视频质量的同时显著的减少了转码时间（平均减少69.60%）。第三,基于这样的假说:MPEG-2码流中的运动补偿后的残差与H.264编码时的模式选择有一定的对应关系。我们利用相关的机器学习工具找出这种对应关系并建立模式决策树,决策树能把MPEG-2码流中的宏块在H.264的编码模式划分为几类。然后通过查找决策树来降低H.264宏块模式选择的计算复杂度。实验结果表明,该算法在视频质量下降不大的情况下,显著的减少了转码时间。最后,提出了一种基于边缘和颜色失真的彩色视频质量评价方法,通过分析边缘失真和颜色失真模型与主观质量评价结果之间的关系,得到了HVS对于边缘信息、颜色信息的响应函数;利用多元线性回归分析将这两个响应函数拟合起来,成为彩色视频质量评价方法。用于评价转码后的视频质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 视频转码的背景
• 1.2 视频转码的研究现状
• 1.3 本文的主要内容和结构安排
• 2 MPEG-2 和H.264 视频压缩编码标准
• 2.1 数字视频编码的基本概念
• 2.1.1 时间和空间取样
• 2.1.2 颜色空间
• 2.1.3 图像质量评价
• 2.2 MPEG-2 编码标准
• 2.2.1 MPEG-2 的档次和级别
• 2.2.2 MPEG-2 的视频结构
• 2.2.3 MPEG-2 的编解码器
• 2.3 H.264 编码标准
• 2.3.1 H.264 的档次和级
• 2.3.2 H.264 的分层结构
• 2.3.3 H.264 的编解码器
• 2.4 MPEG-2 和H.264 视频编码标准的比较
• 2.5 本章小结
• 3 MPEG-2 到H.264 转码中的快速模式选择算法
• 3.1 引言
• 3.2 MPEG-2 中的编码宏块类型（CMT）
• 3.3 H.264 的帧间预测概述
• 3.3.1 R-D 代价
• 3.3.2 SAE 代价
• 3.4 快速模式选择算法
• 3.4.1 CMT 和DC 系数与H.264 的宏块模式之间的关系
• 3.4.2 本文提出算法流程
• 3.5 实验结果及分析
• 3.6 结论
• 4 基于机器学习的MPEG-2/H.264 模式选择算法
• 4.1 引言
• 4.2 MPEG-2 宏块残差与H.264 宏块编码模式的关系
• 4.3 利用机器学习（Machine Learning）进行快速模式决策
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 训练数据集的属性
• 4.4.2 算法性能比较
• 4.5 结论
• 5 基于边缘和颜色失真的视频质量评价方法
• 5.1 引言
• 5.2 边缘和颜色失真模型
• 5.2.1 边缘失真模型
• 5.2.2 颜色失真模型
• 5.3 视频质量评价方法
• 5.4 实验结果及分析
• 5.5 转码后的视频质量评价
• 5.6 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢