MPEG-2到H.264频域转码过程的运动补偿算法
MPEG-2到H.264的典型转码结构
ＭＰ Ｇ一 Ｅ ２到 Ｈ． ４的典型转码结构 ・ 分 ・ ２ ６ 技 析 术
刘 林 ． 王 晓 阳 ， 樊 丰
（ 都 电 子 科 技 大 学 电子 工程 学 院 ， 四 川 成 都 ６ ０ ５ ） 成 １０ ４
【 摘 要 】 研 究 了 ＭＰ Ｇ ２ 到 Ｈ． ４ 的典 型 转码 结构 ， 出 了 它们 各 自的 优 点 与 不 足 。 对 频 域 漂 移 误 差 补偿 结 构 ， 一 步 分 析 了 Ｅ 一 ２ ６ 指 针 进
（ ） 改进 前 ａ
Ｎ”Ｖ．２ ７ ｕ Ｎ８ 『 刚 心 ｏ ｏ １ ０ Ｓｎ ｏ０ｌ Ｉ Ｇ 粼 ４ ． １ （ｒ ．８ １ ３０ 、【 １
有 优 势 ， 用 于 不 同 场 合 ， 此 转 码 结 构 的 选择 往 往 是 视 适 因
码 结构。常用的解码信息 为宏块运 动矢 量 、宏 块类型等 等 ，这些 在 以后 的宏块 类型判 决 、 Ｖ Ｍａ ｐ ｇ Ｍ ｅ Ｍ ｐｉ ， Ｖ Ｒ — ｎ
ｉ 等 ｆ ｅ 过 程 中使 用 到 。 ｎ
频转 换 质 量 和 转 换 效 率 的折 中 。在 转 码 前 有 必 要 对 典 型
的转码 结构及 其各 自的优缺点有所 了解 。本 文主要针对 ＭＰ Ｇ ２到 Ｈ２ ４的 Ｐ帧图像转码 ，介 绍了典型 的转 码 Ｅ 一 ． ６
结构 ， 对 某 些 结 构 作 了进 一 步 的分 析 和改 进 ， 对 这 些 并 并 结构 作 了 比较 。
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１ｆｒ ａ ．１ｒ ｉ ．ｏ ｍａ ｏ ｅｍｈＭ
一 一 … … Ⅲ … ～ — — — — — — — — — —
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文 章 编 号 ：０ ２ ８ ９ （ ０ ７ １ － ０ １ ０ １０ — ６ ２ ２ ０ ） １０ ４ — ３
MPEG-2到H.264频域转码过程的运动补偿算法
MPEG-2到H.264频域转码过程的运动补偿算法
刘林;王晓阳
【期刊名称】《有线电视技术》
【年(卷),期】2007(14)10
【摘要】本文以MPEG-2到H.264频域转码为基础,系统的介绍了频域(dct域和ht域)的运动补偿算法.
【总页数】4页(P48-50,54)
【作者】刘林;王晓阳
【作者单位】成都电子科技大学;成都电子科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN94
【相关文献】
1.省略B帧运动补偿的转码算法实现MPEG-2到MPEG-4视频流转码 [J], 解蓉;王兴国;刘济林
2.MPEG-2到H.264转码的快速模式选择算法 [J], 殷国炯;薛永林
3.从MPEG-2到H.264的频域色度转码算法 [J], 张伟;王晓阳;刘林;朱维乐
4.MPEG-2到H.264转码中的运动矢量优化算法 [J], 刘昱;王立;王磊
5.低复杂度的MPEG-2到H.264快速转码算法 [J], 柳翀;严肃;陈启美
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从MPEG-2到H.264的视频格式转换算法
从MPEG-2到H.264的视频格式转换算法
陈荣荣
【期刊名称】《肇庆学院学报》
【年(卷),期】2010(031)002
【摘要】在MPEG-1、MPEG-2、H.263等视频编码方法中,都是采用离散余弦变换(Discrete cosine transform,DCT)编码;而在最新的国际视频编码标准
H.264/MPEG4-AVC中,采用了一种新的编码方法--整数变换(In-teger transform,IT).对上述2种方法进行了分析说明,详细推导讨论了一种在变换域中完整地将DCT参数转换为IT参数的方法,对现有方法提出修正,并对采用不同方法编码和解码后的图像质量进行了比较,为从MPEG-1、MPEG-2、H.263等格式的视频直接转换为H.264/MPEG4-AVC格式的视频提供了算法依据.
【总页数】6页(P26-31)
【作者】陈荣荣
【作者单位】肇庆学院,电子信息与机电工程学院,广东,肇庆,526061
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.81
【相关文献】
1.H.264 SVC面向MPEG-2基本层扩展研究 [J], 李晓峰;张立军;陈帅;朱新博
2.基于多核处理器的高清实时MPEG-2—H.264转码器设计 [J], 叶朝敏;陈颖琪;高志勇
3.视频格式转换算法研究 [J], 朱恩津;梁惠来;张涛
4.MPEG-2转H.264高效转码器的实现 [J], 李君
5.先进架构的视频转码媒体处理器支持MPEG-2、H.264、MPEG-4．2、VC-1、RM、Flash和MJEPG等多种视频格式 [J],
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基于变换域内系数转换的MPEG-2到H.264转码算法
基于变换域内系数转换的MPEG-2到H.264转码算法张钊北京邮电大学电信工程学院，北京 (100876)E-mail：communication@摘要：在视频压缩标准H.264完成之前，包括MPEG-2在内的许多压缩标准使用了离散余弦变换(DCT)，而H.264使用了整数变换(IT)。
可是，在一些视频的应用中，需要从MPEG-2到H.264之间的转换。
因而在本文中，提出了一种在变换域内从MPEG-2的DCT系数到H.264的IT系数的有效转换算法。
此算法利用了离散余弦变换等转换矩阵的分解与组合，使用快速算法，将MPEG-2中的8×8离散余弦变换后的数值矩阵，有效地转换为四个H.264中的4×4整数变换后的数值矩阵。
实验结果显示，本文提出的算法减少了计算量，同时保持了较高的图像质量。
关键词：变换域转码，MPEG-2，H.264中图分类号：TN919.81．引言新一代的视频压缩标准H.264可以产生与MPEG-2相媲美的图像质量，然而只用MPEG-2一半的比特率[1]。
而且，因为H.264较好的压缩效率，其完全取代MPEG-2在数字电视系统中的地位指日可待。
然而，MPEG-2是一种成熟的标准，与其相应的技术设备已经得到了广泛的应用。
所以，从H.264到MPEG-2的全面过渡需要很多年，这就使得MPEG-2与H.264之间的转码成为了一项重要的工作。
图1 像素域转码流程Fig1 Pixel domain transcoding procedure传统的MPEG-2到H.264的转码，是像素域转码，过程如图1所示。
然而，变换域内转码不同于传统的转码方式，它的速度快于像素域转码，因为其不需要将离散余弦变化后的数值矩阵（DCT系数）转换成像素域数值矩阵，然后再得到整数变换的数值矩阵（IT系数）等烦琐步骤。
但是，在变换域内，MPEG-2到H.264的转码与以往视频压缩标准之间转码不同。
因为，MPEG-2等标准使用8×8离散余弦变换，H.264则使用4×4整数变换。
MPEG-2到H.264转码码率控制方案
（ ） ｂｎ） ） ｎ ＝ 昙 ＋ Ｔ（ － （ ） ＿｝ （ｌ Ｂｎ “ √
要考 虑剩余 比特 ：
＝
（ １ ）
其 中 为常数 ， 型值 为 ０ ５ 典 ． 。同 时 目标 比特还 ７
其 中 Ｑ 是 当前 帧 的量 化 参数 ； Ｄ 是 当前 帧使 ｉ ＭＡ ｉ 用 Ｑ 量化得 到 的残差 。 ；
用 量 Ｂ（ 有关 ， 系 如下 ： ｎ ） 关
Ｒｍ ｛，丽 ｉｔ面 ｝ （ ｉａ ｂｒ ６ ＝ｘ Ｒ ｅ ｔ ＿ 而 ａ ）
其 中 Ｔ是 当前 帧分 配 的 比特 数 ； Ｕ Ｄ 是 当前 Ｂ ＭＡ ｉ
帧 第 ｉ 基 本 单 元 的预 测 ＭＡ Ｍ Ｎ Ａ Ｕ 个 Ｄ； Ｉ Ｖ Ｌ Ｅ是 一 个 常数值 ； Ｋ是 基本 单元 的数 目。 （ ） 用 二次 方程 率失 真模 型计算 相应 的量 化参 ４利
） ｐ ｆ ｎｊ ＋ １ １ ｘ （ ） ＝ ｘ （ ｉ） （— ）ｆ ｎ ３
（） ３
２２ 目标 量化 参数 计算 ＿
（ ） 算 当 前 帧 目标 码 率 ， 将 它 规 划 到 Ｈ Ｄ １计 并 Ｒ （ 考解码 器模 型 ） 参 。
光明 的应用前 景， ¨ 强一麓 一 潜力 。 ｒ “ 慧 麓 和巨大 的发展 一一 端
关键 词 ： 频 转码 视 码 率 控 制
一 ■～ ｌ ｌ ＿ ｌ 一
～
１ 引 言
０ 。
杂 度权 重 。 目标 比特就是 ｆｎ ￣ ｆｎ 的加 权和 ： （ ） ｌ （ ） ｌ
Ｊ
氟 宽要求 ， 因而需 要降低 视 频流 的码 率 。 由于能 够在 保 ／ 有更 具＿ 潼 ＿ 一 豢 ０ “ 持 相 同 Ｐ Ｎ 的前麓 高 的 压 缩 率 和 良好 的 Ｓ Ｒ 警 下嚣一 提
MPEG-2到H.264转码的快速模式选择算法
Ｍ Ｅ 一 Ｐ Ｇ ２标 准 和 Ｈ ２４标 准 的 压 缩 算 法 有 很 大 的 ． ６ 不 同 （ 表 １ ， 以采 用 Ｄ Ｔ域 的转 码 算 法 相 对 复 杂 度 见 ）所 Ｃ
较 高 ， 且 会 出 现 ｅｒｒ ｄｉ 的 问题 。 视 频 质 量 有 一 定 并 ｒｏ— ｒ ｔ ｆ 对
Ｙ Ｎ Ｇ ｏｊ ｎ，Ｘ Ｅ Ｙ ｎ—ｉ Ｉ ｕ－ｉ ｇ Ｕ ｏ ｇｌ ｏ ｎ
（ ｔ ｅｅ ｉ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｒ ｅ ｔｒ ｓｎ ｈ ａ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｅ ｉ ０ ０ ４ ｈｎ ） ， ｏ Ｔ ｌ ｓ ｅ ｈ ｏｏ ＆Ｄ Ｃ ｎｅ，Ｔ ｉ ｕ ｎ ｒｉ ，Ｂ ｉ ｎ １ ０ ８ ，Ｃ ｉａ Ｊ ｌ ｖｏ ｇ ｇ ｖ ｔ ｊｇ
影 响 ． 然 可 以进 行 一 定 ｅ ｏ— ｒｔ 偿 算 法 ， 是 仍 有 虽 ｒ ｒｄ ｆ补 ｉ 但
一
定 的 质 量 差 异并 且 大 大 增 加 算 法 复 杂度 。因 此 笔者 采
用 像 素 域 的转 码 结 构 。 利 用 ＭＰ Ｇ一 并 Ｅ ２码 流 中 的 ＭＶ信
息 和模 式 选 择 信 息 ， 以及 ＭＰ Ｇ ２中 ８ ８块 的 Ｄ Ｔ系数 Ｅ 一 ｘ Ｃ 简化 Ｈ． ４编 码 端 的 运 算 量 。其 中帧 间 和 帧 内 模 式选 择 ２ ６ 在 编码 端 占用 ６ ％～ ０ ０ ７ ％的运 算 量 ，对 ＭＰ Ｇ ２解 码 中 Ｅ 一 的信 息 进 行 合 理 的运 用 和计 算 ， 以 大 大 减 少 这 部 分 的 可 运 算 量 ， 者 提 出 了基 于 Ｄ Ｔ系 数 阈值 的 帧 间 模 式选 择 笔 Ｃ 算 法 以 及 基 于 Ｄ Ｔ域 Ｓ Ｄ 的帧 内模 式 选 择 算 法 ，能 够 Ｃ Ａ 在 显 著 提 高 编 码 效率 的 同时 保 持 编 码 质 量 。转 码 系 统
MPEG2到AVS及H.264到AVS转码研究的开题报告
MPEG2到AVS及H.264到AVS转码研究的开题报告
题目：MPEG2到AVS及H.264到AVS转码研究
摘要：
随着数字多媒体技术的不断发展和应用越来越广泛，音视频编码和解码技术一直是研究的热点问题之一。
目前，MPEG2和H.264是应用最广泛的视频编码格式之一，但由于其高压缩率和高清晰度要求，其计算复杂度较大，对硬件的要求也较高，传输时也容易出现数据丢失或质量下降的问题。
因此，为了解决这些问题，AVS（Audio Video Coding Standard）被提出并发展。
本论文主要研究MPEG2到AVS及H.264到AVS的转码技术，通过对原始数据进行重新编码和解码，实现在保持尽可能高的视频质量的基础上降低视频传输的带宽和硬件成本。
同时，本论文还将对常见的编码算法进行深入研究，包括比特率控制和运动估计等技术，以便更好地理解和评估不同编码算法的优劣。
具体研究内容包括：
1. MPEG2到AVS及H.264到AVS的转码实现及其对比分析。
2. 在实际应用中，不同比特率下视频质量的变化及其对比分析。
3. 运动估计算法的研究及其在转码中的应用。
4. 实验验证和应用案例分析。
本论文旨在为数字多媒体领域中的编码和解码技术研究提供一定的参考，并为网络视频传输、数字电视、高清视频会议等应用领域的优化提供技术支持。
关键词：MPEG2，H.264，AVS，比特率控制，运动估计。
从MPEG-2到H.264的频域色度转码算法
（ ｎｖｒｉ ｆ ｌｃ ｏｉ Ｓｉｎｅａ ｄＴ ｃ ｎｌｇ ，Ｓｃ ｕｎＣ ｅ ｇｕ６ ０ ５ ，Ｃ ｉａ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｅｔ ｎｃ ｃ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｙ ｉ ａ ｈ ｎ ｄ １０ ４ ｈｎ ） ｔ Ｅ ｒ ｅ ｏ ｈ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｉ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｓａ ｔ ｎ ｆ ｒ ｄ ｍａｎ ｃ ｒ ｍａ ｔ ｎ ｃ ｄ ｎ ｌｏ ｔ ｍ ｏ Ｅ 一２ ｔ ２ ４，ａ ｄ ｓ ｒ ｃ ： ｓｐ ｐ ｒｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｓ ｍ ｏ ｉ ｈ ｏ ａ ｓ ｏ ｉ ｇ ａ ｇ ｒ ｈ ｆ ｒＭＰ Ｇ ｒ ｏ ｒ ｉ ｏ Ｈ． ６ ｎ
种视频标准相 比， 在相 同恢复视频质量下 ， 其编码效 率提 高 了 １倍 以上 。由于 高效 的编 码效 率和 良好 的
网络适配性 ， ．６ 的广泛使 用成为必然 。而 目前 Ｈ２ ４ Ｍ Ｅ ２有极其丰富的码流资源 ， Ｐ Ｇ一 并且还会在一定 的时期 内被使用 ， 以两个标准之 间的转换工作是 所 非 常必要 的 。亮 度 的 转 码 方 法 已经 有 很 多 人 研 究 过 了， 并且取得了不错的效果 ， 变换域 中的亮度转码也有
１５ １４
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中国有线电视｝０７年第 １ 期 ２０ ２
！ 卜 ｝＋ 一 Ｉ Ｈ Ｈ 叫 旦 ！ ｔ ｔ ！ 南 坚
ｍ ｙｌｆｏ ｌ ｒ ｍ ｕｍａ
ｍ ｙ２ｆｏ ｌ ａ ｆ ｍ ｕｍ
堡笠； 丛 Ｐ 一 Ｅ ２到Ｈ ２４的频域色度转码算法 ．６
星 ！！ 要确定 Ｂ 块 中各像素的值。由于 Ｂ 块不 是在正 ！！ ｒ ｒ
像素的位置上 ， 还有一个 色度插值 的问题 ， 步骤如
下：
的Ｂ ｃ块 ， 参考 块 是 Ｂ 块 ， 得 到 Ｂ ｒ 要 ｃ块 的残 差 ， 需
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的位 置关 系如 图 ２所 示 ，０ ０ 间 的换 算关 系如公 式 ０ ０ ０ ０ 它们 之 １
（） 示 。 ２所
量 和水 平分 量都 是 １４像 素精 度 时 ，ｔ 的运动 补偿 ／ ｈ域
… … … … … … … … … … … … … 一 … … …
其 中 Ｖ馋 ８行 ９列 的矩 阵 。Ｈ（ ） Ｖ（ 的转 ×为 ９ ９ 为 ） 蝎
… … … … …
ＭＰ Ｇ ２ 码端 Ｅ －解
Ｈ．６ ２４编码 端
Ｖ Ｄ： 长 码解 码 Ｌ 变 Ｉ 反 量 化 Ｑ： ｄｔ ｄｔ ｃ： ｃ域运 动 补 偿 ｄ ｔｈ ：ｃ域 数 据 转换 为 ｈ域 数 据 ｃｔ ｔ ｄｔ ｏ ｆ
导 ，文 章 的 结 构 如 下 ：在 第 二 部 分 ，我 们 首 先 对
ＭＰ Ｇ一 Ｅ ２解码 端 运 动 矢量 达 到 半像 素精 度 的 ｍ — ｃ ｃｄｔ
全 由整像 素构 成 的 ９ ９大 小空 域数据 Ｂ ｅ（￣ ） ｘ ｒｆ９ ９ 。它 们 之间 的换 算关 系如公 式 （ ） １ 所示 ：
的基本 级联转 码框 图 ，其 中 ｍｃ ｄｔ 在 ＭＰ Ｇ ２解 — ｃ是 Ｅ 一
码端 频域 运 动补 偿 的过 程 ， ｃ ｈ 是 在 Ｈ． ４编 码 端 ｍ —ｔ ２ ６ 频域补 偿 的过 程 。 虽然 很多文 献ｆ１５ ２ ４］ 频域 的运 动 Ｔ １已对 ３
补偿过 程进行 了论 述 ，但还 没有 文献 系统 的 总结过 ， 也没有 提到如 何做达 到 １ ４像 素精度 的 ｍｃｈ 。 ／ —ｔ
ｍ ｃ
＿
ｍ ｃ
＿
ｈ ：ｔ 运动 补 偿 ｔｈ域
Ｑ： 量化 Ｃ Ｂ Ｃ： 编码 ＡＡ 熵
图 １ ＭＰ Ｇ ２到 Ｈ．６ 频 域级 联 转 码 结 构 图 Ｅ 一 ２ ４
２０ ７年 第 １ ０ （ ０期 总第 ２ ４期 ） １
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２ １ ＭＰ Ｇ一 ． Ｅ ２解 码端 ｄ ｔ 运动 补偿算 法（ ＿ ｃ） ｃ域 ｍｃ ｄ ｔ 在ＭＥ一 Ｐ Ｇ ２解码 端 ，运 动 矢量 精度 为半像 素 ， 且 是通 过线性 插值 的方法 达到 的 。 在很 多文献… 中提到
了运 动 矢量 为整 像 素精 度时 的 ｄｔ 运 动补偿 算 法 ， ｃ域 这 里 主要 推 导 运 动 矢量 为半 像 素 精 度 时 的 ｄ ｔ 运 ｃ域 动补偿 算法 。
（ —ｔ ｍｃ ｈ ）
在 Ｈ． ４标 准 中 ， 度块 运 动矢 量 精度 达 到 １４ ２ ６ 亮 ／ 像 素精度 ， 且半像 素 的得来 不 同于 ＭＰ Ｇ ２的线性 并 Ｅ 一 插 值 ， 是通 过 ６ ｔ ＿ ｈ ｒ 得 到 的 ，／ 素 值 在半 而 ＿ａ ｆ ｅｓ ｐｉ １４像 像 素 的基础 上通 过线 性插值 得 到 。
有 线 电视技 术
Ｖ
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上 面 推 导 了残 差 块 的运 动 矢 量 的垂 直 分 量 和水 平 分量都 是 半像 素精 度 的情况 ， 动矢 量 只有一 个分 运
置矩 阵 。
＝
— ．．．．．．． ． ，．．．．．．． ．．．．● 。 ． ．．．．．．。 ．． ．．．．。 。 ． ．．． ， ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． 。． ． ．
关键词 ： 域 频 运 动 补偿
１ 简 介
频 域转 码 相对 空 域 转 码 可 以节 省对 整 幅 图像 的 ｉｃ 变换 和 ｈ 变换 的时 间 ， ｄｔ ｔ 因此 在很多 转码 结 构 中都 会 考虑 频域转 码 。 ｌ是 ＭＰ Ｇ ２到 Ｈ ２ ４频 域转码 图 Ｅ一 ．６
２ 频 域 运 动 补偿 算 法
下 面具 体 介 绍 了 当残差 块 的运 动矢 量 的垂 直 分
而 ９ ９大小 的空域 数据 Ｂ ｆ９ ９ 可 以通 过参 考 ｘ ０ ０ ０ ０ １ １ｒ ０ ｘ ） ｅ（
帧 中的 ４个 ０ ８的块 （ ， ， ３ Ｂ ） 到 ， ８ ０ ０ ０ １Ｂ １Ｂ １ ４ 得 ｘ Ｂ ０ ２ ， 它们 之 间
０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １ １ ０ ０
量 是半 像素 精度 的情 况 ， 者可 以 自己推导 。 读 ２２ Ｈ．６ ． ２ ４编 码端 ｈ 域 １ ４像素精 度运 动补偿 算法 ｔ ／
Ｂｅ（８ Ｖ８）ｒｆ×Ｈ（８ ｒｆｘ＝ （ Ｂ ｅ（ ） ９） ８） ｘ ９ ９ ９ ｘ （） １
过程 进行介 绍 ， 然后 推导 了 Ｈ ２ ４ｃ ｈ 过程 ， 后我们 讨 论 了运 动 最
矢量 超越 图像 边界 时 的频 域运 动补偿 方法 。
本 文对 ｍｃｄ ｔ ｍ — ｔ — ｃ 和 ｃ ｈ 进行 了系 统 的描述 和 推
当残 差 块 的运 动 矢量 的垂 直分 量 和 水平 分 量都 是 精度 时 ， 个 半像 素值 需 要通 过周 围 ４个 整像 素值 １
取平 均得 到 ， 因此为 了在 预测 帧提 取 由半像 素构成 的 ８ ８大小 的空 域 预 测 数 据 Ｂ ｅ（ ｘ ） 则 需 要 利 用 完 ｘ ｒｆ８ ８ ，
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有线 电视技 术
刘 林 王 晓 阳 成都电子科技大学
摘 要 ： 文 以 ＭＰ Ｇ一 本 Ｅ ２到 Ｈ． ４频域 转 码 为 基 础 ， ２ ６ 系统 的 介 绍 了频 域 （ｃ 域 和 ｈ 域 ） 运 动补 偿 算 法 。 ｄｔ ｔ 的