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MPEG-2是一个应用广泛、十分成功的视频编码标准,现存大量视频数据是以其进行压缩编码.最新国际视频编码标准H.264/AVC采用先进的编码技术,具有优异的编码性能和取代MPEG-2的趋势.因此,这两种视频系统将在很长一段时间内共存.实现MPEG-2和H.264/AVC转码,能有效地利用现有资源和最新技术,满足普适计算环境下提供多媒体服务的迫切应用需求.本文研究了MPEG-2到H.264/AVC快速转码技术,包括转码快速运动估计、压缩域转码系数转换和转码码率控制技术,取得了如下研究成果:
1.转码快速运动估计H.264/AVC运动重估计是本文转码器的计算瓶颈.利用MPEG-2输入码流中的运动信息降低运动重估计计算复杂度,本文提出了一种转码快速运动估计算法.
首先,根据H.264/AVC编码工具性能,确定了MPEG-2到H.264/AVC转码器采用的帧间宏块编码模式子集和运动矢量搜索窗口中心.然后,根据宏块的MPEG-2残差能量大小以及宏块中4个8×8块能量分布特征,提出了启发式的转码宏块编码模式快速选择算法以及运动矢量修正窗口大小自适应选择算法.在保持可接受图像质量条件下,显著降低了转码计算复杂度.实验结果表明,快速转码器复杂度不到像素域转码器的1/10.
2.压缩域转码系数转换压缩域转码是实现MPEG-2到H.264/AVC快速转码的一个重要途径.其中如何快速有效地在压缩域进行系数转换对于转码器计算效率至关重要.
首先,在Jun Xin转换矩阵的基础上,提出了新的转换矩阵.然后,利用MPEG-2码流中DCT系数分布特征,提出了低频块系数转换快速计算方法.最后,综合上述成果,提出了基于分类的系数转换方法,显著降低了转码过程中系数转换的运算时间.实验结果表明,与Jun Xin方法相比,提出的算法节省大约34.3﹪到42.9﹪的运算时间.
3.转码码率控制技术码率控制对于像素域转码器和压缩域转码器,都是不可或缺的优化技术.压缩域转码器需要直接在压缩域上实现有效的码率控制算法.
在H.264/AVC码率控制算法JVT-G012基础上,提出了一种同时适用于像素域和压缩域转码器的码率控制算法.首先,建立了基于方差的二次率失真模型.然后,提出了直接利用变换系数计算宏块像素方差的方法,保证了该率失真模型可以被压缩域转码器采纳.最后,根据所推导的相同量化步长下MPEG-12与H.264/AVC量化参数(QP)映射关系调节QP取值,以及利用MPEG-2输入码流中的QP和编码比特信息进行目标码率分配.实验结果说明了提出的转码码率控制算法的有效性.
本文的研究成果为实现MPEG-2到H.264/AVC快速转码提供了关键技术,在保持转码质量的同时显著降低了转码计算复杂度,满足了转码应用的需求,为转码技术的发展作出了贡献.