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双流视频编码器的运动矢量重用与模式选择算法 答辩学生：程 立 指导教师：郭红星 答辩日期：2008.06.04 报告提纲 研究背景 相关研究工作 算法改进 运动矢量复用 模式选择算法 实验结果 结论与展望 研究背景 应用背景 异构网络终端对视频流数据的访问，需要提供不同分辨率的码流 在实时监控系统中，要求支持手机、PDA等无线终端，发送低码率的实时监控视频流 提出双流视频编码器 一路高分辨率码流 一路低分辨率码流 相关研究工作 传统的作法：采用两个独立的编码核，对高低分辨率码流分别编码 优点：方法简单，实现容易 缺点：编码芯片硬件要求过高，资源开销大 改进的作法：考虑高低分辨率码流均是对同一视频源进行压缩编码，两者存在关联性。低分辨率码流复用高分辨率码流编码过程中获得的信息 优点：提高资源利用率，降低成本 难点：如何复用？复用后对图像质量的影响有多大？ 相关研究工作 视频转码概念： 视频转码(Video Transcoding)：将某种标准和格式的压缩视频流转换为符合应用要求的另一种标准和格式的压缩视频流 基本原则： 并非全编全解的级联结构，而是部分编码和部分解码结合 视频转码的基本原则是在软硬件条件受限的情况下，在运动复杂度与图像质量之间取得折中。提高转码效率的关键是对输入压缩码流中的压缩数据进行复用，避免重新编码过程中复杂运算 改进的双流视频编码器结构 算法改进 运动矢量复用 运动矢量合成 运动矢量精细化 模式选择 权重法模式选择 运动矢量复用 在编码过程中，运动估计的计算量巨大，是整个编码过程中最耗时的操作 优先考虑在低分辨率码流中省略P帧的运动估计，复用高分辨率码流中对应宏块的运动矢量 运动矢量合成算法 均值法 运动矢量精细化 运动矢量合成虽然降低计算复杂度，但参考帧数据发生变化，低分辨率码流编码过程中无法直接使用运动矢量和运动补偿残差，需要修正或合成运动矢量 双预测运动矢量修正算法 运动矢量的初始值或预测值可由相邻宏块预测得到 比较合成算法得到的运动矢量与相邻宏块预测得到的运动矢量，判断差值大小，决定是否有必要进行运动搜索 模式选择 在编码过程中，宏块的编码模式影响到码流的率失真性能 宏块的编码模式有三种：帧内(Intra)、帧间(Inter)、省略(Skip) 权重法模式选择 通过测试Cif、SubQcif以及Qcif中对应宏块的编码模式，发现高分辨率码流中左上宏块的编码模式对低分辨率码流对应宏块的编码模式影响最大，右上、左下及右下的影响依序次之 给高分辨率码流中对应宏块设定不同的权重值，分别为0.6，0.3，0.1，0；Intra、Inter、Skip编码模式的权值因子分别为2，1，0 测试环境 本系统是基于XVID开源代码，在Microsoft Visual C++6.0的编译环境下进行。其中硬件环境如下：CPU为Pentium4（R） 3.00G，内存512MB，Windows XP操作系统。 在测试过程中，输入视频序列的分辨率为CIF格式，色度亚采样方式为YCbCr=4:2:0，编码帧数为300帧，输出端分别得到两路编码流：一路分辨率仍是352×288的CIF码流，一路是通过对高分辨率码流1/2亚采样得到176×144的QCIF码流。 运动矢量合成算法比较 双预测运动矢量精细化性能分析 权重法模式选择算法性能分析 总结 通过比较三种运动矢量合成算法，其中以中值法表现最优。在此基础上进行双预测运动矢量精细化，低分辨率码流计算量增加5%左右，而PSNR提高0.2~0.4dB 提出权重模式选择算法，对高分辨率中宏块设定不同的权重值。在不降低编码复杂度的条件下，可以提高低分辨率码流PSNR值0.1dB左右 下一步研究工作 双预测运动矢量修正算法虽能提高视频质量，但是对运动矢量误差较大情况下其搜索窗口的大小需要进一步调整 谢 谢！欢 迎 提 问 *华中科技大学 计算机科学与技术学院 程立 编码器 视频转换器 解码器 某种标准和格式 符合要求标准和格式 的输入压缩码流 的输出压缩码流 中值法 加权平均法 三种运动矢量合成算法的图像质量比较 精细化算法的图像质量改进 精细化算法计算复杂度分析 权重法图像质量分析 权重模式选择算法虽然一定程度上改善了视频质量，但宏块权重值的设定以及Intra、Inter及Skip编码模式的权值因子的设定需要进一步调整 下一步考虑在压缩域进行分辨率转换复用DCT系数，进一步提高编码效率与图像质量