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数字视频转换编码研究

作　者: 刘昱
导　师: 李桂苓
学　校: 天津大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 数字视频编码视频转换编码色差信号漂移图标插入码率控制转换编码策略
分类号: TN919.81
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 9次
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内容摘要

随数字视频压缩技术的飞速发展和多种相关标准的发布,视频技术已经被大量的实际系统采用。视频转换编码技术是视频通信领域的一个新研究课题。该技术对压缩编码后的视频码流进行再处理,使输出码流符合具体的应用要求,将作为通用多媒体接入服务的一项关键技术被广泛地应用。进行转换编码处理的原因主要有以下几个方面:1.实用系统中存在多种国际视频编码标准,不同标准的节目资源无法直接共享,需进行算法、语法转换;2.实际的通信传输带宽是复杂多变的,视频码流需要进行带宽适配;3.视频终端可能存在不同的解码能力、显示能力以及存储能力等限制,视频码流应与解码终端的特性匹配;4.视频加密、增强抗噪性能等一些特殊的需求。视频转换编码研究已经取得了一些的研究成果。本文首先对主要的转码技术和转码器结构进行了详细的分析和实验比较,总结了转码研究的重点,并提出了一些改进的转码器结构和算法。此外,课题研究中使用软件实现了支持多种标准和转码技术的转换编码器,为算法研究提供了实验平台。针对目前最为流行的三种视频编码标准:MPEG-2,H.263和MPEG-4,本文进行了较深入的异类转换编码技术研究。分析了这三种标准间的主要差异,给出了运动矢量、宏块编码模式等重要参数的转码方法。MPEG-2隔行视频码流在转码到H.263或MPEG-4时,需进行场-帧编码模式转换,本文为场-帧转换提供了一种基于DCT系数权重的运动矢量复用算法。此外,本文还分析了异类转码中出现的色差信号漂移的原因,并提出了相应的校正算法。转换编码的图标插入技术具有很高的实用价值,本文对此技术做了较全面的研究。分别提出了可用于高亮度透明图标和彩色图标插入的转码器结构。对图标插入所造成的影响进行了分析,提出了一种快速图标插入转码器结构,并给出了转码中应采用的运动矢量和宏块模式优化算法。码率控制算法对转换编码的性能影响明显,在大多数研究文献中,码率控制均采用了虚拟缓冲器状态作为反馈。在DCT变换系数的分布模型上,本文提出了一种码率控制的新思路。从输入码流中可以得到前一次编码的DCT系数分布,进一步可以建立量化参数和编码比特数的数学模型。根据所建立的数学模型,可以自适应的选择宏块的量化步长,获得较优的码率控制性能。信息论和率失真编码理论是视频压缩编码的基础,本文对相关的理论做了回顾,对转换编码的失真问题进行了分析。虽然率失真编码理论非常复杂,但可为转换编码策略研究提供指导。本文对转码策略进行了初步研究,提出了基于率失

全文目录

第一章概述  11-25
  1.1 数字多媒体通用接入技术  11-13
  1.2 数字视频转换编码技术  13-16
  1.3 数字视频压缩算法及标准  16-23
    1.3.1 MPEG-1/2 视频压缩算法及标准  17-19
    1.3.2 H.263 标准及其视频压缩算法  19-20
    1.3.3 MPEG-4 标准及其视频压缩算法  20-21
    1.3.4 H.264/MPEG-4 AVC标准及其视频压缩算法  21-23
  1.4 小结及本文内容介绍  23-25
第二章数字视频转换编码技术研究  25-47
  2.1 比特率转换编码技术  25-30
    2.1.1 双环级联、截高频和开环结构转换编码器  25-27
    2.1.2 闭环结构转换编码器  27-29
    2.1.3 闭环结构转码器运动补偿非线性误差及其校正  29-30
  2.2 空间分辨率转换编码技术  30-35
    2.2.1 混合块处理和运动矢量复用技术  31-33
    2.2.2 简化的空间分辨率转码器结构  33-35
  2.3 时间分辨率转换编码  35-37
  2.4 Intra_Refresh转换编码器结构  37-38
  2.5 DCT域运动补偿(MC-DCT)  38
  2.6 实验结果  38-45
    2.6.1 比特率转换编码实验比较  38-41
    2.6.2 空间分辨率转换编码实验比较  41-45
    2.6.3 时间分辨率转换编码实验比较  45
  2.7 小结  45-47
第三章异类数字视频转换编码技术研究  47-70
  3.1 异类转换编码中的语法及编码参数转换  47-54
    3.1.1 MPEG-2 到H.263 转换编码  47-49
    3.1.2 MPEG-2 到MPEG-4 转换编码  49-54
  3.2 异类转换编码中色差信号误差漂移的研究  54-61
    3.2.1 异类转换编码中的色差信号误差漂移  54-56
    3.2.2 色差信号误差漂移研究  56-58
    3.2.3 色差漂移校正型闭环结构转换编码器  58-61
  3.3 异类转换编码中的场-帧编码宏块转换  61-68
    3.3.1 转换编码中的场-帧转换  62-64
    3.3.2 场-帧转换的运动矢量优化算法  64-65
    3.3.3 实验结果  65-68
  3.4 小结  68-70
第四章转换编码中图标插入技术的研究  70-82
  4.1 转换编码中的图标插入  70-74
    4.1.1 级联转换编码图标插入算法  70-72
    4.1.2 快速图标插入算法  72-73
    4.1.3 快速算法和级联算法的复杂度比较  73-74
  4.2 图标插入后运动矢量优化及编码参数计算  74-76
    4.2.1 图标插入位置和叠加参数选择  74-75
    4.2.2 图标插入后运动矢量及编码参数优化  75-76
  4.3 彩色图标插入技术研究  76-78
  4.4 实验结果  78-81
    4.4.1 快速图标插入转换编码算法实验  78-81
    4.4.2 彩色图标插入转换编码实验  81
  4.5 小结  81-82
第五章转换编码码率控制算法研究  82-100
  5.1 TM5 码率控制算法  82-86
  5.2 转换编码中的码率控制算法  86-92
    5.2.1 CBR码流的转换编码码率控制算法  86-90
    5.2.2 VBR码流的转换编码码率控制算法  90-92
  5.3 实验结果  92-99
  5.4 小结  99-100
第六章基于率失真理论的转换编码策略研究  100-110
  6.1 信息论基础  100-102
  6.2 率失真编码理论  102-103
  6.3 基于率失真理论的转换编码策略研究  103-109
    6.3.1 转换编码器的失真分析  103-105
    6.3.2 基于率失真理论的转换编码策略  105-109
  6.4 小结  109-110
第七章其他相关工作  110-121
  7.1 软件转换编码平台的设计及实现  110-114
    7.1.1 转换编码平台的参数设置方法  110-111
    7.1.2 转换编码平台的转码流程和功能模块  111-114
  7.2 数字电视传输流输入/输出模块设计及实现  114-121
    7.2.1 PCI接口传输流输出卡驱动程序设计  114-117
    7.2.2 U5B2.0 接口传输流输入/输出模块设计  117-121
      7.2.2.1 硬件结构及其实现  117-120
      7.2.2.2 传输流输入/输出模块的软件设计  120-121
结束语  121-123
参考文献  123-131
发表论文和参加科研情况  131-133
附录  133-134
致谢  134

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