Simple intra prediction algorithms for heterogeneous MPEG-2/H.264 video transcoders

Recent developments have given birth to H.264/AVC: a video coding standard offering better bandwidth to video quality ratios than MPEG-2. It is expected that the H.264/AVC will take over the digital video market, replacing the use of MPEG-2 in most digital video applications. The complete migration to the new video-coding algorithm will take several years given the wide scale use of MPEG-2 in the market place today. This creates an important need for MPEG-2/H264 transcoding technologies. However, given the significant differences between both encoding algorithms, the transcoding process of such systems is much more complex to other heterogeneous video transcoding processes. In this work, we start by analyzing the methods defined in the H.264 video coding standard for the intra prediction: a central element of every H.264 encoder. We then introduce and evaluate six fast intra mode decision algorithms which should enable the development of MPEG-2 to H.264 transcoders. Having evaluated all the proposed methods, we have come out with a high-efficient method, namely DC-ABS pixel. Our results show that our algorithm considerable reduces the complexity involved in the intra prediction with respect the mode decision algorithms used in H.264 JM reference software, while exhibiting a slight degradation on the RD function.. Finally, we analyze a comparative study with two of the most prominent fast intra prediction methods presented in the literature. The results show that the proposed DC-ABS pixel method achieves the best results for video transcoding applications.

Motion mapping and mode decision for MPEG-2 to H.264/AVC transcoding

This paper describes novel transcoding techniques aimed for low-complexity MPEG-2 to H.264/AVC transcoding. An important application for this type of conversion is efficient storage of broadcast video in consumer devices. The architecture for such a system is presented, which includes novel motion mapping and mode decision algorithms. For the motion mapping, two algorithms are presented. Both efficiently map incoming MPEG-2 motion vectors to outgoing H.264/AVC motion vectors regardless of the block sizes that the motion vectors correspond to. In addition, the algorithm maps motion vectors to different reference pictures, which is useful for picture type conversion and prediction from multiple reference pictures. We also propose an efficient rate-distortion optimised macroblock coding mode decision algorithm, which first evaluates candidate modes based on a simple cost function so that a reduced set of candidate modes is formed, then based on this reduced set, we evaluate the more complex Lagrangian cost calculation to determine the coding mode. Extensive simulation results show that our proposed transcoder incorporating the proposed algorithms achieves very good rate-distortion performance with low complexity. Compared with the cascaded decoder-encoder solution, the coding efficiency is maintained while the complexity is significantly reduced.

一种MPEG-2到H.264转换编码方案

提出了MPEG-2到H.264的转换编码方案。该方案中，帧内预测使用了8×8块的DCT-HT的变换域转换，然后在HT域进行Intra模式判决得出最优模式，从而得到理想的帧内预测；帧间预测重用了MPEG-2码流中变字长解码得到的运动矢量MV，作为H.264的PMV，通过重新设定运动预测模式以及搜索范围，从而获得较好的预测效果。实验结果说明该方案是可行的。     

Fast video transcoding from H.263 to H.264/MPEG-4 AVC

In the past 10 years detailed works on different video transcoders have been published. However, the new ITU-T Recommendation H.264—also adapted as ISO/IEC MPEG-4 Part 10 (AVC)—provides many new encoding options for the prediction processes that lead to difficulties for low complexity transcoding. In this work we present very fast transcoding techniques to convert H.263 bitstreams into H.264/AVC bitstreams. We will give reasoning, why the proposed pixel domain approach is advantageous in this scenario instead of using a DCT domain transcoder. Our approach results in less than 9% higher data rate at equivalent PSNR quality compared to a full-search approach. But this rate loss allows the reduction of the search complexity by a factor of over 200 for inter frames and still a reduction of over 70% for intra frames. A comparison to a fast search algorithm is given. We also provide simulation results that our algorithm works for transcoding MPEG-2 to H.264/AVC in the aimed scenario.

低复杂度的MPEG-2到H.264快速转码算法

提出一种新的MPEG-2到H.264快速转码算法,利用H.264宏块（MB）模式选择与MPEG-2运动补偿残差间的相关性,将H.264宏块模式的选择转化为数据分类;在MPEG-2解码时,保存相关的宏块信息,包括MB编码模式、编码块类型（CBPC）、MB残差的均值和方差,解码后采用标准的H.264编码器对YUV图像编码,并保存H.264宏块的编码模式,采用机器学习算法得到决策树,用于H.264编码模式的分类,从而大大提高转码效率。     

MPEG-2到H.264转码中的运动矢量优化算法

在视频转换编码技术中,通常利用输入码流中的运动矢量等信息来降低转码处理的计算量。该文介绍一种MPEG-2到H.264的转码器,针对MPEG-2和H.264标准中运动估计算法的不同特点,提出用于转码处理的运动矢量优化算法,并对不同算法进行分析比较。结果表明该优化算法可以在保证转码质量的前提下,降低转码处理的计算量。     

面向移动设备的MPEG-2到H.264降空间分辨率转码*

针对无线网络中移动设备低码率、低分辨率的视频流要求,提出一种MPEG-2到H.264降空间分辨率转码的快速编码模式选择算法。在视频序列2∶1下采样后,利用MPEG-2解码端运动矢量的距离和方向信息决定是否将相邻8×8块合并成8×16、16×8、16×16块,若不能合并,则用解码端AC系数的组合判断是否将8×8块继续分割为8×4、4×8、4×4块,既考虑到H.264编码中的所有块大小,又避免了传统率失真选择算法的庞大计算量。实验结果显示,该方法在保证相当的视频质量情况下,平均节约87.02%的编码模式选择时间。     

一种H.264/AVC over MPEG-2流的解决方案

对如何将H．264／AVC视频流经MPEG-2的系统传输层传输提出了一种解决方案。要点是：先把H．264／AVC视频作为MPEG-2系统层传输的基本流，然后扩展MPEG-2标准中的传输流系统目标解码器（T-STD），使之可以将H．264／AVC编码视频作为MPEG．2传输流（TS）在Internet上传输和解码。被解码的基本流通常来自于一个“容器”文件（如AVI或者TS），在客户端从服务器端的这个容器中取出H．264／AVC基本流后便可实时解码、显示。仿真实验表明，该方案能够获得较好的流视频效果，在带宽受限的情况下信噪比低于40dB的帧数少于5％，可用于网络流视频或移动视频中。     

基于特征建模的H.264到AVS-S2监控视频转码快速帧间模式选择算法研究

针对监控视频从H.264到AVS-S2转码中的高计算复杂度问题进行了研究,提出了一种基于特征建模的快速帧间模式选择算法。首先对少量视频序列通过级联方式转码,根据提取的H.264运动特征和AVS-S2最优模式在线训练建立转码模型,再对后续序列根据模型快速选择转码后的帧间预测候选模式,并基于宏块的前景背景特性进一步减少背景宏块的候选模式数目。实验结果表明算法有效地降低了转码复杂度。由于算法在转码过程中实时训练更新转码模型,因此与传统的模式映射算法相比改善了转码图像质量、降低了转码码率。     

MPEG-2到H.264/AVC转码中的快速模式选择算法

为了降低MPEG-2到H.264/AVC的转码复杂度,针对转码过程中H.264/AVC编码的多模式预测,提出一个有效的快速模式选择算法.算法用MPEG-2中已有的运动矢量的差异来衡量宏块的运动情况,对运动矢量进行聚类,进而用聚类结果来选择预测模式.实验结果表明,算法可以在视频质量损失很小的情况下大幅度降低转码中再编码的复杂度.     

重用运动矢量和预测残差的MPEG-2/H.264空间分辨率转码

本文提出一种新的MPEG-2到H.264的视频转码算法.它通过充分利用MPEG-2解码过程中得到的运动矢量和宏块编码残差等信息,可显著减少H.264编码过程中宏码编码模式确定和运动估计过程的计算复杂度,并得到最终的H.264视频流.几种典型视频测试序列的仿真实验结果表明,本算法对视频质量的损失较小,有稳定的率失真性能,有利于实时转码的实现.     

一种针对H.264/AVC的帧间模式快速选择算法

为了进一步减小宏块的帧间预测误差,新的视频编码标准H.264/AVC采用了可变块划分运动估计,极大地增加了编码器的复杂度.针对此问题,提出了一种快速的帧间模式选择算法,该算法利用已编码相邻宏块的时间和空间相关性信息预先检测图像,对图像各区域可能采用的编码模式进行判定,从而大大简化了模式选择的过程.实验结果表明,算法可以在图像质量基本保持不变的基础上,有效地降低编码的复杂度.     

改进的H.264帧间模式选择算法

针对H.264帧间模式选择算法存在的问题,提出一种帧间模式选择快速算法.算法采用8×8块运动矢量同质性分析对宏块模式进行选择,缩小候选模式范围,降低H.264帧间模式选择算法的计算复杂度;使用模式相关和运动矢量合并对UMHexagonS算法进行优化,减少大量的运动估计搜索点数,取得了较高的编码效率.实验结果表明,与使用UMHexagonS的帧间模式选择算法相比,该算法在峰值信噪比及输出码流码率基本不变的前提下,可以平均减少大约50％的运动估计时间.     

H.264与MPEG-4压缩编码标准的分析与比较

H．264和MPEG-4是新一代的视频压缩编码标准。详细讨论了这两个标准的编码结构和编码特点,针对这两个标准在流媒体以及视频会议应用中的不同性能,选取标准测试序列进行测试,根据标准测试序列的实验结果,对这两个标准的编码性质进行了量化的比较。得出同一码率下,MPEG-4不如H．264的性能优良,但MPEG-4是实现基于内容的压缩编码,其良好的兼容性、可靠性和灵活性,也有其不可忽略的作用,两种编码的各自特点决定了他们的应用领域。     

H.264/AVC快速帧内预测模式选择新算法

为了得到最优模式,H.264采用了率失真优化(RDO)技术计算宏块的每种模式的代价,但是这样增加了计算复杂度。结合PAN算法提出了一种快速帧内预测模式选择算法,首先根据宏块是否平坦决定帧内预测的类型——帧内4×4和帧内16×16。其次,改进了PAN算法,提出了一种快速帧内预测模式选择的新算法。实验结果表明,新算法与全搜索算法和PAN算法相比,减少了编码时间,峰值信噪比(PSNR)基本保持不变,输出码率略有增加。     

MPEG-4 to H.264 transcoding with frame rate reduction

In this paper, a temporal resolution reduction transcoding method that transforms an MPEG-4 video bitstream into an H.264 video bitstream is proposed. The block modes and motion vectors in the MPEG-4 bitstream are utilized in the H.264 encoder for the block mode conversion and motion vector interpolation methods. Four types of motion vector interpolation methods are proposed in order to avoid the use of brute-force motion estimation in H.264. According to the experimental results, the proposed methods achieve a 3∼4 times improvement in the computational complexity compared to the cascade pixel-domain transcoding method, while the PSNR (peak signal to noise ratio) is degraded by 0.2∼0.9 dB depending on the bitrates.

H.264跳帧转码中帧间模式选择和运动估计快速算法*

为了解决在H.264跳帧转码中,简单地重用从输入码流中获取的编码信息得到的视频质量非常不理想的问题。针对宏块的运动特征,引入运动尺度因子,提出快速帧间模式选择算法和新的运动矢量合成算法,在提高视频质量的同时大大降低了算法复杂度,并提出基于双阈值的自适应运动矢量修正算法,可以有效减少当获得最佳运动矢量后进行修正的冗余运算量。实验证明,此算法具有更强的鲁棒性和更广泛的适用性,在转码后的视频质量和转码速度方面都达到了很好的效果。     

基于H.264的快速帧间模式选择算法*

为了降低H.264编码器的计算复杂度,提出了一种快速帧间模式选择算法.该算法利用宏块的图像内容特征和量化参数,对宏块帧间编码模式进行预选择,从而有效跳过不必要的帧间预测待选模式,提高了编码速度.实验结果表明,该算法在保持图像质量和码率变化很小的前提下,平均编码时间减少了39.14%.     

H.264帧内预测模式的快速选择算法

为了降低H.264标准中帧内预测模式选择的复杂度,提出一种快速的帧内预测方法.H.264采用率失真优化(RDO)算法,通过计算所有预测组合模式的率失真代价来确定宏块的最优编码模式,其计算复杂度非常大.提出的帧内预测快速选择方法利用宏块的绝对误差和(SAD)来缩小预测模式的范围,减少帧内预测的计算量,从而提高模式判别的速度.实验结果表明,在图像质量和码率基本保持不变的情况下,该算法使Ⅰ帧的编码速度提高约76%.     

基于空间相关性的复杂度可分级帧间模式选择

本文提出了一种针对H．264的复杂度可分级的帧间模式选择算法,该算法采用一张概率表将当前宏块的7种预测模式与相邻的上侧和左侧宏块的最优模式联系起来。对于每一种相邻宏块模式的组合情况,该表将当前宏块的7种预测模式按照出现概率的高低进行排序,从而可以确定最可能模式、次最可能模式等。在此基础上,调整候选模式数量以匹配终端平台不同的复杂度约束水平,同时又可以最大可能地保证最优模式处在所选择的部分模式子集中。该算法具有4个复杂度级别：40％,54％,70％和82％,实验证明该方法可以灵活有效地降低编码器复杂度,同时编码质量下降很小,不会影响主观效果。