MPEG-2/MPEG-4到H.264的转码研究

摘要

在众多视频标准共存的现在，为了适应不同网络带宽以及终端用户的需要，视频转码得到了快速的发展。 本文研究转码类型：1.非采样(空间分辨率不变)情况下，MPEG-2/MPEG-4到H.264的转码；2.采样(空间分辨率改变)情况下，MPEG-2/MPEG-4到H.264的转码。 本文的主要研究内容以及研究成果如下： 1．在熟悉MPEG-2、MPEG-4与H.264视频标准的基础上，阅读了MPEG-2、MPEG-4解码程序以及H.264编码程序，搭建了转码的空域与频域平台。 在搭建空域平台时，研究了统计如编码帧数这类无法直接从解码端获得的信息的方法。在搭建频域平台时，详细描述了解码端P帧频域运动补偿以及编码端I帧与P帧亮度块与色度块频域运动补偿算法，研究了运动矢量超越图像边界时的频域运动补偿方法。 2．分析和比较各种转码结构，指出了空域转码结构与频域转码结构各自的优劣，以及快速级联转码结构与漂移误差补偿转码结构的关系。通过理论分析与测试验证得出了漂移误差补偿结构实际是快速级联转码结构的特殊情况的结论。 3．研究适用于MPEG-2/MPEG-4到H.264的转码算法，包括非采样情况下P帧的运动矢量映射、精细化以及帧间宏块模式选择算法；任意比例采样算法；任意比例采样情况下P帧的运动矢量映射、精细化以及帧间宏块模式选择算法。 其中在运动矢量精细化与帧间宏块模式选择算法上提出了根据每个P帧的运动矢量统计来确定帧的活动剧烈性，然后再根据每帧的活动剧烈性来确定搜索算法、搜索范围、帧间宏块模式的方法。在对运动剧烈的帧进行局部范围搜索时，本文对六边形搜索算法做了进一步的改进。 相比完全编码完全解码的级联转码，本文提出的算法可以节省50％以上的时间，图像质量仅下降O.1db左右，码率上升0％～5％。 4．使用MMX指令优化代码中频繁出现的部分，在图像质量不会有任何损失前提下，转码时间可以节省原来的20％左右；尝试了在双核CPU条件下使用双线程编码，在下采样转码情况下完全节省了解码部分的时间。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1 转码概述及国内外研究现状

1.1.1 运动矢量映射技术研究现状

1.1.2 运动矢量精细化技术研究现状

1.1.3 帧间宏块模式选择技术研究现状

1.2 本文研究内容概要

第二章 MPEG-2、MPEG-4及H.264标准介绍

2.1 MPEG-2标准以及测试代码TM5介绍

2.1.1 MPEG-2标准介绍

2.1.2 测试代码TM5解码流程介绍

2.2 H.264标准以及测试代码JM10.2与X264介绍

2.2.1 H.264标准介绍

2.2.2 测试代码JM10.2编码流程介绍

2.2.3 测试代码X264编码流程介绍

2.3 MPEG-4标准以及测试代码XVID1.0介绍

2.3.1 MPEG-4标准介绍

2.3.2 测试代码XVID1.0解码流程介绍

第三章 转码结构选择以及转码平台搭建

3.1 转码结构选择

3.1.1 典型转码结构

3.1.2 频域转码结构与空域转码结构的比较

3.1.3 弥补漂移误差转码结构与快速级联转码结构的关系

3.2 转码平台搭建

3.2.1 空域转码平台搭建

3.2.2 频域转码平台搭建

3.3 本章小结

第四章 MPEG-2到H.264转码的关键算法研究

4.1 空间分辨率不变情况下转码的关键算法

4.1.1 运动矢量映射以及精细化算法研究

4.1.2 帧间宏块模式快速决定算法研究

4.1.3 转码仿真结果

4.2 任意比例采样算法

4.2.1 频域任意比例采样算法

4.2.2 空域任意比例采样算法

4.3 空间分辨率改变情况下转码的关键算法

4.3.1 运动矢量映射算法

4.3.2 帧间宏块模式决定算法

4.3.3 转码仿真结果

4.4 本章小结

第五章 MPEG-4到H.264转码介绍

5.1 空间分辨率不变情况下转码关键算法研究

5.1.1 帧间宏块模式快速决定算法研究

5.1.2 运动矢量映射以及精细化算法研究

5.1.3 转码仿真结果

5.2 空间分辨率改变情况下转码算法研究以及转码仿真结果

5.3 本章小结

第六章 MMX指令优化、MFC演示界面以及多线程编程

6.1 MMX指令优化

6.1.1 MMX指令与SIMD技术简介

6.1.2 运动估计准则SAD与SATD的优化

6.2 MFC演示界面

6.3 多线程编程

6.4 本章小结

第七章 结论

7.1 本文总结

7.2不足之处

致谢

参考文献

附录

在学期间的研究成果