臺灣博碩士論文加值系統

視訊轉碼的重要性在於提供使用者可以在不同裝置存取通用的多媒體。本論文的視訊轉碼技術主要的目的是能夠針對不同裝置的螢幕做調整。H.264是新一代的壓縮標準，為了達到更高的編碼效率，H.264加入了許多方法，例如畫面內預測、多重區塊大小、整數轉換和去塊濾波器。H.264擁有龐大的計算複雜度，使得H.264串聯式轉碼器在執行時需要耗費大量的時間。本論文提出一個快速降空間解析度的視訊轉碼器架構並應用於H.264畫面內預測(Intra Frame)，我們將原視訊畫面的水平和垂直方向各縮小為原來的一半。
我們縮小的方法是將四個宏塊(macroblock)合併成一個新的宏塊，在宏塊的模式決策上，提出了合併宏塊的方法，根據舊的四個宏塊型態來決定新的宏塊型態；在預測模式上，利用區塊的相關性，提出了候選模式的方法，將舊宏塊的預測模式當作新宏塊的預測模式的參考，直接從候選模式裡選擇新的預測模式。
實驗結果與串聯式的轉碼器比較，在客觀的品質上，PSNR有些微的下降，Y通道之PSNR平均降了0.21dB，U通道之PSNR平均降了0.028 dB，V通道之PSNR平均降了0.04 dB，而位元率平均增加了3.39%，但節省了53.82%的時間，在主觀的視覺品質上與串聯式轉碼器的結果十分相似。

Video transcoding is an important technology for providing users with various devices to access universal multimedia . Our purpose in video transcoding is to adapt the diversity of display in devices. H.264 is the newest coding standard and it brings higher coding efficiency by using several techniques such as intra prediction, variable block size, integer transform, and deblock filter. Due to its high computational complexity, the of H.264 cascaded trascoder is not useful for applications. To solve this problem, we propose a transcoding architecture for Intra frame down-sampling. We reduce the image resolution by half in both the vertical and horizontal directions.
In our method, we combine four macroblocks into one and also improve the performance of cascaded transcoder. We determine the new macroblock type by using the four previous decoded macroblock types. In addition, we speed up the search of intra prediction mode through using the information of previous decoded macroblock intra prediction modes.
Experimental results show that compared to the cascaded transcoder, our method not only maintains the quality of video but also reduces the time complexity about 53.82%. The degression in terms of PSNR , in the Y,U,V channels are 0.21 dB, 0.03 dB , and 0.04 dB , with 3.39% increment of bit-rate.

目錄
摘要i
Abstractiii
致謝iv
目錄v
第一章 緒論1
1.1 研究背景1
1.2 研究動機2
1.3 論文架構3
第二章 視訊轉碼技術與H.264/AVC之內部預測編碼研究4
2.1 視訊轉碼技術簡介4
2.2 H.264/AVC簡介8
2.3 H.264/AVC架構介紹9
2.4畫面內預測技術(Intra Frame Prediction)12
2.4.1 亮度 Intra_4×4 預測14
2.4.2 亮度 Intra_16×16 預測18
2.4.3 IPCM19
2.4.4 色度預測20
2.5 畫面間預測(Inter Frame Prediction)21
2.6 整數轉換(Integer Transform)22
2.7 畫面內預測模式決策23
2.8 畫面內模式決策流程圖24
2.9 畫面內模式決策耗費的時間30
第三章 視訊轉碼架構31
3.1 視訊轉碼架構31
3.2 空間域的亮度塊合併方法(spatial domain down-sampling)33
3.3 決定新的宏塊型態34
3.4 決定新的預測模式37
3.4.1 新的宏塊型態為Intra_4×4 的型態37
3.4.2 新的宏塊型態為Intra_16×16 的型態43
3.4.3 新的宏塊型態為IPCM 的型態46
3.5 色度塊的縮小方法47
第四章 實驗結果與討論48
4.1 實驗環境48
4.2 實驗結果之客觀品質分析49
4.3 實驗結果之主觀品質分析56
4.4 實驗結果與討論61
第五章 結論和未來展望62
參考文獻63

圖目錄
圖1.1視訊轉碼技術實例1
圖2.1 視訊轉碼器主要運算流程4
圖2.2 串聯的(Cascaded)解碼器與編碼器的視訊轉碼器架構圖5
圖2.3 視訊轉碼器於多媒體系統的應用6
圖2.4 視訊轉碼器類型與功能表7
圖2.5 空間上視訊轉碼技術(Spatial Video Transcoding)8
圖2.6 H.264/AVC 轉碼器架構圖10
圖2.7 內部預測編碼流程13
圖2.8 Intra_4×4 九種預測方向14
圖2.9 Intra_4×4之垂直預測模式示意圖15
圖2.10 Intra_4×4之水平預測模式示意圖15
圖2.11 Intra_4×4 之DC預測模式示意圖15
圖2.12 Intra_4×4 之對角線向左下預測模式示意圖16
圖2.13 Intra_4×4 之對角線向右下預測模式示意圖16
圖2.14 Intra_4×4 之垂直向右預測模式示意圖16
圖2.15 Intra_4×4 之水平向下預測模式示意圖17
圖2.16 Intra_4×4 之垂直向左預測模式示意圖17
圖2.17 Intra_4×4 之水平向上預測模式示意圖18
圖2.18 Intra_16×16 預測方法19
圖2.19 宏塊劃分方法21
圖2.20 畫面內預測決策流程圖26
圖2.21 Intra_4×4預測模式流程圖27
圖2.22 Intra_16×16預測模式流程圖29
圖2.23 畫面內預測各功能所佔編碼時間百分比之圓餅圖30
圖3.1 H.264/AVC降解析度的轉碼器架構圖32
圖3.2 宏塊的合併34
圖3.3 情況1的宏塊合併方法35
圖3.4 情況二的宏塊合併方法35
圖3.5 情況3的宏塊合併方法36
圖3.6 情況4的宏塊合併方法37
圖3.7 Intra_4×4宏塊合併38
圖3.8 Intra_4×4 單個宏塊合併38
圖3.9 舊宏塊為Intra_4×4型態時的合併39
圖3.10 舊宏塊為Intra_4×4的方法流程圖41
圖3.11 舊宏塊為Intra_16×16的合併方法42
圖3.12 舊宏塊為IPCM的合併方法43
圖3.13 Intra_16×16的合併方法流程45
圖3.14 IPCM轉碼流程圖46
圖 4.1 flower的CIF(352×288)縮小為QCIF(176×144)的影像比較57
圖 4.2 coastguard的CIF(352×288)縮小為QCIF(176×144)的影像比較 58
圖 4.3 foreman的QCIF(176×144) 縮小為 80×64 的影像比較59
圖 4.4 silent的QCIF(176×144) 縮小為 80×64 的影像比較60



表目錄
表 2.1 Intra_16×16預測模式的運算公式19
表 2.2 色度預測模式表20
表 4.1 轉碼器參數設定表49
表 4.2 CIF縮小成QCIF之PSNR評估表50
表 4.3 QCIF縮小成80×64之PSNR評估表51
表 4.4 CIF縮小成QCIF的位元率與時間評估表51
表 4.5 QCIF縮小成80×64位元率及時間評估表52
表 4.6 CIF縮小成QCIF的PSNR評估比較表之二54
表 4.7 CIF縮小成QCIF的位元率與時間評估表之二54
表 4.8 QCIF縮小成80×64 的PSNR評估表之二55
表 4.9 QCIF縮小為80×64的位元率與時間評效能評估之二55

[1] I. Ahmad , X. Wei , Y. Sun and Y.-Q Zhang, “Video transcoding : an overview of various techniques and research issues,” IEEE Transactions on Multimedia, vol. 7, October 2005, pp. 793-804.
[2] J. Xin , C.-W. Lin and Ming-Ting Sun , “ Digital video transcoding , ”Proceedings of the IEEE, vol. 93 , January 2005, pp. 84-97.
[3] S.-F. Chang, and A. Vetro, “Video adaptation: concepts, technologies,and open issues ,” Proc of IEEE, vol. 93, no. 1, Jan 2005 , pp. 148-158.
[4] T. Wiegand, G. J. Sullivan, G. Bjontegaard and A. Luthra , “ Overview of the H.264/AVC video coding standard,” IEEE Trans. Circuits and Systems for Video Technology, vol. 13, no. 7 , July 2003, pp. 560-576.
[5] I. Richardson, H.264 and MPEG-4 Video Compression Coding for Next-generation Multimedia , John Wiley & Sons Ltd , Hoboken , NJ , July 2002.
[6] 余兆明,查日勇,黃磊,周海驕, “圖像編碼標準H.264技術,”人民郵電出版社,2005年.
[7] 國際電信聯盟,“ITU-T H.264協議中文版,” 2005年.
[8] I. E. G. Richardson, “H.264/MPEG-4 part10 : intra prediction,” http://www.vcodex.com, April 2003.
[9] Y.-T. Hong , K.-H. Lee , J.-S. Kim , and W.-K. Cho, “High speed architecture for MPEG-2/H.264 video transcoding,” in Proc IEEE International Symposium Communications and Information Technologies, Sep 2006 , pp.674-678.
[10] “ JVT H.264/AVC reference software version JM 11.0, ”http://iphome.hhi.de/suehring/tml/download/old_jm/jm11.0.zip.