DCT域HDTV到SDTV转码中图像下采样算法的研究及系统实现与优化

摘要

现阶段的视频压缩领域，存在着多种编码标准，由不同的组织，针对不同场合制定，如MPEG标准，H.26X标准等。这些标准在语法格式、压缩效率、码率、分辨率等方面不尽相同，对应的传输介质以及要求终端处理能力也不同。所谓的视频转码就是将一种格式的压缩视频数据处理成更适应于特定应用的另一种格式的压缩视频流。主要分为两大类，一类是在同一视频编码标准中转换，另一类是在不同标准之间转换。 本文以数字电视转码为背景，主要研究了HDTV(1920×1080)到SDTV(640×480)的转码。文中首先对MPEG-2和H.264标准做了简要介绍，并对它们的差异进行了比较。然后，根据理论分析，推导出了造成转码系统输出视频质量下降的两种漂移误差，并通过对不同结构转码系统仿真结果的比较，得出了DCT域转码所特有的一种漂移误差。在综合考虑各种结构性能的基础上，确定了基于DCT域的部分编码转码架构为转码器结构，从而在保证视频质量的同时最大限度地利用压缩码流中的信息，提高转码效率。接着，改进了一种受限比例图像下采样算法，详细推导了其实现过程，由不同算法的仿真结果和理论分析可知，该算法具有较高的信噪比和较低的运算复杂度。而后，介绍了DCT域转码中的其它关键算法，包括：DCT域的运动补偿算法，宏块模式的选择，码速控制算法。 为进一步提高转码效率，本文对转码器的性能进行了优化。在分析了转码器各个模块运算耗时情况后，对其中运算量最大的部分提出了快速算法，并通过MMX、SSE2指令集和IPP函数库进行了优化。而后，本文讨论了系统的软件实现，并测试了系统的性能。最后，实现了一个转码实时演示系统。

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1编码标准进展的讨论

1.2数字电视简介

1.3本文工作

1.4论文结构

第二章视频压缩标准的讨论

2.1 MPEG-2标准简介：

2.1.1 MPEG-2的系统

2.1.2 MPEG-2的编码

2.2 H.264标准简介

2.2.1帧内预测编码模式

2.2.2帧间预测编码模式

2.2.3整数DCT变换

2.2.4熵编码

2.3 H.264较MPEG-2主要的改进

2.3.1高精度多模式运动估计

2.3.2 4×4块的整数变换

2.3.3统一的VLC

2.3.4帧内预测

第三章视频转码技术的进展

3.1概述

3.2比特率转码

3.2.1开环结构

3.2.2闭环结构

3.3时间分辨率转码

3.4空间分辨率转码

3.5不同标准间转码

3.6新的转码技术

3.6.1容错转码

3.6.2基于对象的转码

3.6.3联合转码

第四章转码系统的漂移误码分析与框架选择

4.1转码漂移误差分析

4.2分辨率转码漂移误差补偿结构

4.2.1基于像素域的漂移补偿部分编码体系结构

4.2.2基于压缩域的漂移补偿转码体系结构

4.2.3基于DCT域的漂移补偿部分编码体系结构

4.3仿真结果测试与分析

4.4转码结构比较与选择

第五章DCT域图像上下采样算法以及其他关键算法的研究

5.1 DCT域中任意比例图像上下采样算法

5.1.1算法推导

4.1.1算法仿真结果与分析

5.1.2不同算法的运算量对比

5.1.3算法在MPEG-2标准与H.264标准上的应用

5.2 DCT域运动补偿算法

5.3运动矢量映射算法

5.4宏块模式选择

5.4.1 HDTV和SDTV均为MPEG-2编码

5.4.2 HDTV为MPEG-2编码SDTV为H.264编码

5.4码率控制策略

第六章软件实现与优化

6.1系统软件实现

6.1.1解码模块

6.1.2转码模块

6.1.3编码模块

6.2优化

6.2.1 Intel扩展指令集简介

6.2.2优化准则

6.2.3矩阵乘法优化

6.3系统性能的测试

6.3.1转码速度

6.3.2转码信噪比

第七章视频转码的演示系统

7.1帧重排

7.2 IDCT变换

7.3颜色空间的选择

7.3.1 RGB颜色空间

7.3.2 YUV颜色空间

7.3.3颜色格式的选择

7.4 DirectDraw实时演示

7.4.1 DirectX简介

7.4.2关于DirectDraw

7.4.3 DirectDraw演示系统实现

结束语

主要内容

工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文