MPEG2到AVS及H.264到AVS转码研究

摘要

近几十年国际数字视频压缩标准的出现极大地推动了数字视频应用领域的发展，比如数字电视、网络流媒体、视频会议可视电话等等。目前主要存在的数字视频标准主要有国际电信联盟ITU所制定的H.261/H.263/H.264系列，国际标准化组织ISO制定的MPEG1/2/4系列，以及我国具有自主知识产权的第二代视频编码标准AVS等等。其中尤以MPEG2在目前的软件、硬件以及多媒体数据存储应用上最为广泛。但在无线移动传输，网络视频会议等带宽有限的应用场合，MPEG2并不适用。与之相比，AVS具有更高的编码效率，并且不受专利困扰等优点。因此实现MPEG2编码的多媒体数据转换到AVS编码数据在视频应用领域是一种可行且有效的解决方案。 本文首先介绍了视频转码技术的背景和研究现状，然后通过对MPEG2以及AVS的编码过程以及关键技术的研究分析，给出了两者间像素域级联转码结构以及DCT域转码算法结构，并同时采用了一种I帧变换域转码算法，在PC平台实现了两者数据之间的转换。在两种结构基础上，分析了转码的耗时模块，分别为帧间运动矢量估计模块和I帧P帧的亚像素和1/4像素插值计算模块。通过采用帧间运动矢量重用算法和SSE指令在代码级别对转码工程进行了优化。同时采用了一种根据MPEG2端DCT系数进行AVS端I帧预测模式计算的方式减少了预测模式决策时间。通过不同分辨率的视频序列转码测试结果，验证了本文的转码算法在保证图像质量下降较少的前提下大幅提高了转码速度，针对CIF格式可实现实时转码并播放。本文同时以给出了与“MPEG2到AVS转码工程”类似的H.264到AVS转码研究以及部分转码结果。其中采用了一种重用H.264端帧内预测模式进行AVS端对应块预测模式的映射算法以及帧间运动矢量重用算法，同时根据理论推导给出了两种标准间变换系数的对应转换关系，即本文中指的S变换。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1码率转换

1.2.2空间分辨率转码

1.2.3时间分辨率转码

1.2.4容错转码

1.3本文主要工作

1.4论文结构

第二章数字视频编码原理及视频编码标准简介

2.1数字视频压缩编码原理

2.1.1变换编码

2.1.2熵编码

2.1.3运动估计和运动补偿

2.1.4混合编码

2.2 MPEG2视频编码标准简介

2.2.1 MPEG-2图像编码(13818-2)

2.2.2 MPEG-2解码系统

2.3 AVS视频编码标准简介

2.3.1 AVS视频比特流结构

2.3.2 AVS视频编码结构

2.3.3 AVS视频核心编码技术

2.4 H.264视频编码标准简介

2.4.1 H.264解码器结构

2.4.2 H.264核心编码技术

2.5本章小结

第三章视频标准转码理论研究

3.1视频转码原理

3.2视频转码框架及应用

3.2.1空域转码结构

3.2.2频域转码结构

3.2.3混合转码结构

3.3视频转码核心技术研究

3.3.1模式选择

3.3.2重量化

3.3.3运动矢量的析取与优化

3.4本章小结

第四章MPEG2到AVS转码的关键技术及实现

4.1 MPEG2到AVS转码框架

4.1.1级联像素域转码

4.1.2快速像素域转码

4.1.3变换域转码

4.2帧内转码算法

4.2.1 MPEG2与AVS的帧内编码技术比较

4.2.2 AVS的帧内预测模式决策

4.2.3 AVS的整数变换域系数计算

4.2.4计算复杂度分析

4.2.5帧内转码试验结果及分析

4.3帧间转码算法

4.3.1运动矢量重用

4.3.2分块模式选择

4.3.3帧间转码测试结果及分析

4.4转码优化算法

4.4.1帧存储优化策略

4.4.2转码器代码优化

4.5本章小结

第五章H.264到AVS转码的关键技术及实现

5.1 H.264到AVS转码框架

5.2 H.264到AVS帧内转码算法及实现

5.3 H.264到AVS帧问转码算法及实现

5.3.1帧间分块模式选择

5.3.2运动矢量重用

5.4变换域转码关键技术

5.4.1 4×4 HT系数到8×8 HT系数的转换

5.4.2变换域帧内预测技术

5.5测试结果

5.6本章小结

结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

附录