（信号与信息处理专业论文）mpeg2到h264avc视频转码及相关技术研究.pdf

摘要 摘要 m p e g 一2 和h 2 6 4 a v c 是视频编解码技术发展过程中最具有代表性的两个视频编 码标准。现有的大量m p e g 2 视频信息在h 2 6 4 解码端的再现，以及两种标准在现在及 将来的一段时间内的共存，使得m p e g 2 到h 2 6 4 的转码成为近年来视频信息处理领域 的热点。广播电视运营商希望在有限的带宽上传递尽可能多的节目，城市图像监控需要 将不同标准编码器得到的视频数据信息进行交互，流媒体对视频信息实时性具有较高要 求这些实际应用领域均对m p e g 2 h 2 6 4 转码从不同角度提出了多样化的技术要 求。由于h 2 6 4 的j m 模型在对编码模式进行决策时，为了得到最好的r d 性能，遍历 了所有可能的编码模式j m 模型为了达到最高的压缩效率，在计算方面不计代价。 因此，m p e g 2 h 2 6 4 转码的关键问题在于如何利用m p e g 2 解码过程中提取的码流信 息为h 2 6 4 简化编码提供依据，从而减小h 2 6 4 重编码过程的复杂度。对于 m p e g 2 h 2 6 4 的转码而言，尤其在流媒体和实时监控等实际应用需求下，若重编码仍 采用j m 模型中的模式决策方案，其实时性会比较差。考虑到m p e g 2 在编码时已经进 行过一次模式决策和运动估计，这就使得在m p e g 2 完全部分解码过程中提取其运动 信息为重编码的模式决策服务以降低算法复杂度成为了可能，这也是m p e g - 2 h 2 6 4 转 码遵循的一个基本原则。 本文的主要研究内容有： ( 1 ) m p e g 一2 h 2 6 4 帧内转码方法。本文提出一种基于m p e g 2d c t 系数反映出来 的边缘信息来进行帧内编码的( 预测) 模式决策算法。此算法利用m p e g 2 解码的d c t 系数矩阵的直流系数决策h 2 6 4 重编码的编码模式，利用m p e g 2 d c t 系数矩阵的交流 系数一次性决策帧内编码的预测模式，避开了h 2 6 4 的j m 模型参考软件的高复杂度。 本文首先从参考算法的理论基础进行分析，进而得到改进方案，在改进方案的基础上重 新进行预测模式决策，在没有增加任何算法复杂度的基础上，得到了更好的转码r d 性 能。 ( 2 ) 本文进行了m p e g - 2 h 2 6 4 帧间转码的研究。目前m p e g - 2 h 2 6 4 帧问转码算 法多是基于m p e g 2 的运动向量和编码块模式的分析，很少重视m p e g 2 预测残差和 h 2 6 4 重编码的模式之间的关系。本文从m p e g - 2 残差的d c t 系数着手，分析m p e g 2 残差和h 2 6 4 预测模式之间的关系，并在此基础上考察m p e g - 2 的运动向量预测运动 第1 页 摘要 向量与h 2 6 4 预测模式的运动搜索中心搜索范围之间的关系，提出一种全新的快速帧间 转码算法。在此算法中，实验表明，本文提出的m p e g 2 h 2 6 4 帧间转码算法与级联帧 间转码算法相比较，在p s n r 几乎没有下降的情况下，以平均码率增加5 7 的代价， 换来转码复杂度2 3 的降低。最重要的是，本文提出的帧间转码算法不需要任何预设门 限值，也没有任何需要用后验方法得到的参数，因此非常有利于实时转码的实现。 ( 3 ) 考虑到m p e g 2 h 2 6 4 转码后的视频信号通常还伴随着帧率变换的实际需求， 本论文还对帧率转码作了研究。本文提出了一种基于分段约束的动态帧丢弃的帧率转码 算法。分段约束保证了转码后码流的逻辑性。动态帧丢弃满足了人们对局部运动明显的 图像所带来的信息的视觉需求。用当前帧和前一帧的帧活动性来预测后一帧的帧活动性 大小，以决定后一帧是否保留下来进行重编码，提前决定帧的去留，有利于实时转码的 实现。同时，针对其中可能涉及到的多帧丢弃问题，提出一种新的覆盖块选择方案，以 使运动向量重建过程中的误差尽可能小。帧丢弃率越高，这种新的覆盖块选择方案的优 势越明显。另外，本文还提出了针对此帧率转码算法的实现架构，为硬件实现提供了思 路。 ( 4 ) 从整个转码系统的角度看，h 2 6 4 的解码是整个转码系统的重要技术环节，因 此，本论文还对h 2 6 4 的熵解码的实现作了深入研究。在分析了h 2 6 4 熵编码的原理和 对象特点的基础上，本文提出一种并行的双控制器熵解码器结构。此解码器的重要特点 在于采用了主从两个控制器，可以部分实现并行解码，以得到尽可能高的解码效率。实 验表明，相比普通的基于码字解码的熵解码器，本文提出的基于语法元素的解码器在解 码i 帧、p 帧和b 帧时能够分别节省2 7 9 、1 8 2 和4 8 8 的时间。 关键词：m p e g - 2 ，h 2 6 4 a v c ，视频转码，信息重用，熵解码，帧率转码，覆盖块选 择，多帧丢弃，运动矢量重建 第页 a b s t r a c t a b s t r a c t m e p g 一2a n dh 2 6 4 a v ca r et h em o s ti m p o r t a n tv i d e oe n c o d i n gs t a n d a r d s i h ef a c tt h a t t h es t r e a m se n c o d e dw i t hm p e g 2s t a n d a r dn e e dt ob ed e c o d e do nt h eh 2 6 4 b a s e dt e r m i n a l s a n dt h ec o e x i s t e n c eo ft h e s et w os t a n d a r d sm a k e st h et r a n s c o d i n gf r o mm p e g 一2t oh 2 6 4t h e h o tt o p i ci nt h ev i d e ot r a n s c o d i n gf i e l d d i f f e r e n tk i n d so fa p p l i c a t i o n sh a v ed i f f e r e n t r e q u i r e m e n t so nm p e g 一2 h 2 6 4t r a n s c o d i n g f o re x a m p l e ，t h es e r v i c ep r o v i d e r so ft h et v b r o a d c a s t i n gw o u l dl i k et ot r a n s m i tm o r ep r o g r a m s o nl i m i t e dw i d t hc h a n n e l s ，a n dt h es t r e a m m u l t i m e d i as c r e a m sf o rr e a l t i m em u l t i m e d i as i g n a l s s i n c et r a d i t i o n a lh 2 6 4e n c o d i n g p r o c e s si n t e n d st oo b t a i nt h eb e s tr dp e r f o r m a n c ei ns p i t eo fc o m p l e x i t y , a n dm p e g - 2 m o t i o ne s t i m a t i o nr e s u l t sa r eg o o di n d i c a t i o n sf o rh 2 6 4m o t i o ne s t i m a t i o n ，t h ek e yp r o b l e m o fm p e g 一2 h 2 6 4t r a n s c o d i n gi sh o wt ou s et h ei n f o r m a t i o no b t a i n e di nm p e g 一2d e c o d i n g p r o c e s st os i m p l i f yt h eh 2 6 4e n c o d i n g t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a ni m p r o v e dm p e g 一2 h 2 6 4i n t r at r a n s c o d i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e df i r s t l y 1 1 1 e r e f e r e n c ea l g o r i t h mo ft h ep r o p o s e di so n eo ft h es i m p l e s ta l g o r i t h m sa m o n gm p e g - 2 h 2 6 4 i n t r at r a n s c o d i n gs o l u t i o n s i td e t e r m i n e st h er e e n c o d i n gm o d eb yc a l c u l a t i n gt h ev a r i a n c eo f m p e g - 2d cc o e f f i c i e n t sa n dd e t e r m i n e st h eh 2 6 4p r e d i c t i o nm o d eb yu s i n gt h er e l a t i o n s h i p o fm p e g - 2h o r i z o n t a la n dv e r t i c a la cc o e f f i c i e n t s t h er e f e r e n c ea l g o r i t h md e t e r m i n e sb o t h t h eh 2 6 4m o d ea n dp r e d i c t i o nm o d ea to n et i m e ，w h i c ha v o i dt h eh i g hc o m p l e x i t yo f t r a d i t i o n a lh 2 6 4e n c o d i n g p r o c e s s h o w e v e r ，t h et h e o r e t i cf o u n d a t i o no ft h er e f e r e n c e a l g o r i t h mh a sl i t t l ef l a w , w h i c hc a u s e st h ei n c o m p l e t ec o v e r a g ei np r e d i c t i o n m o d e d e t e r m i n a t i o n t h ep r o p o s e da l g o r i t h mr e - a n a l y z e sa n di m p r o v e st h et h e o r e t i cf o u n d a t i o no f t h er e f e r e n c ea l g o r i t h m t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ei m p r o v e ds o l u t i o no b t a i n sa b e a e rr dp e r f o r m a n c ew i t h o u ta d d i n ga n yc o m p l e x i t y ( 2 ) af a s tm p e g 一2 h 2 6 4i n t e rt r a n s c o d i n ga l g o r i t h mi sa l s op r o p o s e d i nt h i st h e s i s ，t h e r e l a t i o n s h i po fm p e g - 2r e s i d u a ld c t c o e f f i c i e n t sa n dt h eh 2 6 4e n c o d i n gm o d e si sa n a l y z e d b e s i d e s ，t h er e l a t i o n s h i po fm p e g 一2m v p m va n dh 2 6 4m o t i o ne s t i m a t i o nc e n t e r r a n g ei s a n a l y z e d 1 1 1 ep r o p o s e da l g o r i t h mr e d u c e s2 3c o m p l e x i t ya n dt h ep s n r a l m o s tk e e p st h e 第1 i i 页 a b s t r a c t s a m e w i t ht h ec o s to fb i t r a t ei n c r e a s eo f5 7 t h em o s ti m p o r t a n ti st h a tt h ep r o p o s e d a l g o r i t h mn e e d sn op r e s e to rp o s t e r i o rt h r e s h o l d so rp a r a m e t e r s ，w h i c ha r ev e r yp r e f e r a b l et o r e a l - t i m et r a n s c o d i n ga p p l i c a t i o n s ( 3 ) c o n s i d e r i n gt h ef a c t t h a tm p e g 一2 h 2 6 4t r a n s c o d i n gi sa l w a y sc o m p a n i e dw i t h f r a m es k i p p i n g ，t h er e s e a r c ho nf r a m e - s k i p p i n gt r a n s c o d i n gi sa l s os t u d i e d i nt h i st h e s i s ，a f r a m e s k i p p i n gt r a n s c o d i n g s c h e m eb a s e do np e r i o d i c a l c o n s t r a i n ta n d d y n a m i c f r a m e s k i p p i n gd e c i s i o ni sp r o p o s e d p e r i o d i c a lc o n s t r a i n tm a k e st h et r a n s c o d e ds t r e a mm o r e l o g i c a l ，a n dt h ed y n a m i cs k i p p e df r a m es e l e c t i o nr e e n c o d e st h ef r a m e s 谢t l lm o r ea c t i v i t y i n f o r m a t i o n ，w h i c hi sa l w a y st h em o s te x p e c t e di n f o r m a t i o nf o rp e o p l e i nt h i sp r o p o s e d a l g o r i t h m ，d r o p p i n go n ef r a m eo rn o ti sd e c i d e db yt h ef r a m ea c t i v i t y t h ef r a m ea c t i v i t yi s p r e d i c t e da c c o r d i n gt ot h ea c t i v i t i e so ft h ep r e v i o u st w of r a m e sa h e a do ft i m e ，w h i c hi sv e r y u s e f u lf o r r e a l - t i m et r a n s c o d i n g i nt h ep r o p o s e df r a m e s k i p p i n gt r a n s c o d i n gs c h e m e ， m u l t i - f r a m es k i p p i n gm a yh a p p e n an e wo v e r l a p p i n gb l o c kl o c a t i o na l g o r i t h mi sa l s o p r o p o s e df o rm v r e c o n s t r u c t i o ni nm u l t i f r a m es k i p p i n gp r o c e s st or e d u c et h ed r i f te r r o r o c c u r r e di nt h et r a d i t i o n a ls o l u t i o n t h ee f f i c i e n c yo ft h ep r o p o s e da l g o r i t h mi sb e r e tt h a n t h a to ft h et r a d i t i o n a lo n e ，a n di t sa d v a n t a g e sa r em o r eo b v i o u sa st h en u m b e ro fs k i p p i n g f r a m e si si n c r e a s e d a c c o r d i n gt ot h ep r o p o s e df r a m e s k i p p i n gt m n s c o d i n gs c h e m e ，t h e c o r r e s p o n d i n ga r c h i t e c t u r ei sa l s op r o p o s e df o rh a r d w a r ed e s i g n ( 4 ) t h ed e c o d i n go fh 2 6 4i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ts t a g e so ft h em p e g - 2 h 2 6 4 t r a n s c o d i n gs y s t e m ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ef o rr e a l t i m et r a n s c o d i n ga p p l i c a t i o n i n t h i st h e s i s ，ap a r a l l e ld e c o d i n ga r c h i t e c t u r ew i t hd o u b l ec o n t r o l l e r si sp r o p o s e dt om e e tt h e a b o v er e q u i r e m e n t t oi m p r o v et h et i m ea n ds t o r a g ee f f i c i e n c yi nt h i se n t r o p yd e c o d e st h e m a i nc o n t r o l l e r , t h es u bc o n t r o l l e r , t h es t o r a g eo fc o n t e x tp a r a m e t e r sa n dt h ec e n t r a ld e c o d e r a r eo p t i m i z e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so ft h ed e c o d i n go b j e c t s ，i e t h es y n t a xe l e m e n t s ( s e s ) e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da r c h i t e c t u r es a v e s2 7 9 ，18 2 a n d 4 8 8 o ft h ed e c o d i n gt i m ec o m p a r e dw i t ht h er e f e r e n c ed e c o d e ri nif r a m e ，pf r a m ea n db f l a m e ，r e s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：m p e g - 2 ，h 2 6 4 a v c ，v i d e ot r a n s c o d i n g ，i n f o r m a t i o nr e u s e ，e n t r o p yd e c o d i n g ， f r a m e s k i p p i n gt r a n s c o d i n g ，m o b i l et e r m i n a l s 第1 v 页 英文缩略语表 英文缩略语表 3 g ( t h e3 坩g e n e r a t i o n ) a a o f ( a v e r a g ea c t i v i t yo f af r a m e ) a c ( a l t e m a t ec o e f f i c i e n t ) a d v s ( a c t i v i t yd o m i n a n tv e c t o rs e l e c t i o n ) a i r ( a d a p t i v ei n t r ar e f r e s h ) a m v r ( a d a p t i v em o t i o nv e c t o rr e s a m p l i n g ) a o f ( a c t i v i t yo ff r a m e ) a o m ( a c t i v i t yo fm b ) a p t ( a c t i v i t yp r e d i c t i o nt r a n s c o d i n g ) a v s ( a d v a n c e dv i d e os t a n d a r d ) b ( b i 、 b i v s ( b i l i n e a ri n t e r p o l a t i o nv e c t o rs e l e c t i o n ) c a b a c ( c o n t e x t b a s e da d a p t i v eb i n a r ya r i t h m e n t i c c o d i n g ) c a v l c ( c o n t e x t a d a p t i v ev a r i a b l el e n g h t hc o d i n g ) c b p ( c o d eb l o c kp a u e m ) d ( d i s t o r t i o n ) d c ( d i r e c tc o e f j f i c i e n t ) d c t ( d i g i m lc o s i n et r a n s f o r m ) d f s ( d e c o d i n gf r a m es t o r e ) d s l ( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) d v b ( d i g i m lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) d v r ( d i g i t a lv i d e or e c o r d e r ) f c s ( f e e d b a c kc o n t r o ls i n a l i n g ) f d v s ( f o r w a r dd o m i n a n tv e c t o rs e l e c t i o n ) f g s ( f i n eg r a n u l a r i t ys c a l a b l e ) f l ( f i x e dl e n g t h l g o p ( g r o u po fp i c t u r e ) g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) h a v s ( h o r i z o n t a la n dv e r t i c a ls e a r c h ) h d l ( h a r d w a r ed e s i g nl a n g u a g e ) h d t v ( h i g hd i f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) h f c ( h y b r i df i b e rc o a x i a l ) h t ( h 2 6 4i n t e g e rt r a n s f o r m ) i ( i n t r a ) i d c t ( i n v e r s ed i g i t a lc o s i n et r a n s f o r m ) 第v 页 第三代 帧内平均活动性 交流系数 活动性主导向量选择 自适应帧内刷新 自适应运动向量重采样 帧活动性 宏块活动性 帧活动性预测转码 数字音视频编解码技术标准 双向预测 双线性差值向量选择算法 基于上下文的自适应二进制编码 上下文自适应的可变长编码 编码块模式 失真 直流系数 数字余弦变换 解码帧存储器 数字用户线 数字视频广播 数字录像机 反馈控制信令 前向主导向量选择 精细分级编码 定长法 图像组 通用分组无线业务 水平垂直搜索 硬件设计语言 高清晰度电视 光纤和同轴电缆结合的混合网络 h 2 6 4 整数变换 帧内编码 反数字余弦变换 英文缩略语表 i e c ( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) i p t v ( i n t e m e tp r o t o c a lb a s e dt v ) i q ( i n v e r s eq u a n t i z a t i o n ) i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) i s 0 ( i n t e m a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ) j v t o o i n tv i d e ot e a m ) l a n ( l o c a la c c e s sn e t w o r k ) l p s f l o wp r o b a b l es y m b 0 1 ) m a d m s ( m o s ta p p r o p r a t ed o m i n a n tm bs e l e c t i o n ) m a o b ( m o s ta p p r o p r a t eo v e r l a p p i n gb l o c k ) m b ( m a c r o b l o c k ) m c m r ( m a r c o b l o c kc o d i n gm o d er e - j u d g e ) m p e g ( m o t i o n p i c t u r ee x p e r t sg r o u p ) m p s ( m o s tp r o b a b l es y m b 0 1 ) m p t s ( m u l t i p l ep r o g r a mt r a n s m i ts t r e a m ) m s r d a ( m o d eb a s e ds e a r c hr a n g ed e t e r m i n a t i o n a l g o r i t h m ) m v f m o t i o nv e c t o r ) m v d ( m o t i o n v e c t o rd i f f e r e n c e ) n f s ( n o n s k i p p e df r a m es t o r e ) p ( p r e d i c t i v e ) p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) p m v ( p r e d i c t i v em o t i o nv e c t o r ) p s n r ( p e a ks i g n a l - n o i s er a t i o ) q ( q u a n t i z a t i o n ) q p ( q u a n t i z a t i o np a r a m e t e r ) o r s ( o r i g i a lr i s i d u a ls t o r e ) r ( r a t e ) r a m ( r e a da c c e s sm e m o r y ) r d ( r a t e d i s t o r t i o n ) r e b m m e ( r e s i d u a le d g eb a s e dm o d e - d e c i s i o na n d m e 、l s a d ( s u m so f a b s o l u t ed i f f e r e n c e s ) s a e ( s u mo f a b s o l u t ee r r o r ) s d t v ( s t a n d a r dd i f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) s d v s ( s p a t i a ld o m i n a n tv e c t o rs e l e c t i o n ) s e ( s y n t a xe l e m e n t ) s f f c ( s k i p f r a m e jl a gc a l c u l a t i o r ) t m n 5 ( 1 e s tm o d e ln o 5 ) t o b ( t r a d i t i o n a lo v e r l a p p i n gb l o c ks e l e c t i o n ) 第页 国际技术电工委员会 网络电视 反量化 综合业务数字网 国际标准化组织 联合视频组 局域网 小概率符号 最大近似主导宏块选择 最大近似的覆盖块 宏块 宏块模式重判决 运动图像专家组 大概率符号 多路节目传输流 基于模式选择的搜索范围决策算 法 运动向量 运动向量差分值 未丢弃帧存储器 前向预测 个人事务数字设备 预测运动向量 峰值信噪比 量化 量化参数 原始残差存储器 码率 可读写存储器 率失真 基于残差边界特性的模式决策和 运动估计算法 绝对方差和 绝对误差和 标准清晰度电视 空间主导向量选择法 语法元素 帧活动性计算器 测试模型第五版 传统覆盖块选择 英文缩略语表 t u ( t r u n c a t e du n a r y ) u ( u n a r y ) u e g k ( c o n c a t e n a t e du n a r y & - t ho r d e re x p - g o l o m b ) u v l c ( u n i v e r s a lv a r i a b l el e n g t hc o d i n g ) v c e g ( v i d e oc o d i n ge x p e r tg r o u p ) v l d ( v a r i a b l el e n g t hd e c o d i n g ) v s s ( v a r i a b l es t e p s i z es e a r c h ) w - d f s ( w i n d o w - b a s e dd y n a m i cf r a m es k i p p i n g ) 第v i i 页 截断一元法 一元法 连接k 阶哥伦布码 统一变长编码 视频编码专家组 可变长解码 可变步长搜索 基于窗口的动态丢帧算法 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：烬礼 日期：沙孑年f d 月多7 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密瓯 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位敝作者擘名：智夥 日期：w 孑年厂口月乡日 指导教师签名： 狮 1 日期：沙8 年。月纠日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 视频转码技术的研究意义 计算机网络、无线网络和有线电视网络的互联和综合使得终端接入i n t e m e t 的方式 更加多样化：如局域网( l o c a la c c e s sn e t w o r k ，l a n ) ，数字用户线( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ， d s l ) ，光缆，无线网络，综合业务数字网( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ，i s d n ) ， 拨号接入等；不同的接入网络又有不同的信道特性，如带宽，误码率，数据包丢失率等； 在用户端，网络终端不仅仅包括个人电脑，还包括( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t s ，p d a s ) ， 机顶盒，智能蜂窝电话等。各个网络之间的互联还将多媒体编码和传输技术引向了新的 研究领域，多媒体系统的迅速发展深刻地影响了图像和视频的编码方式【l 】【2 1 。 随着不同网络类型、接收终端和内容表现形式的多样化，不同系统和网络之间交互 变得越来越重要。网关、多点控制单元和服务器等设备担负起为内容提供商和用户之间 提供无缝交互的重要任务。视频转码技术使这些设备高效完成这一新任务成为可能。 视频转码是将视频信号从一种格式转换成另外一种格式的技术。视频信号格式的概 念由比特率、帧率、空间分辨率、编码语法等参数来表征，如图1 1 所示。 压缩视频流1压缩视频流2 比特率：r 1 厂 比特率：r 2 帧率：f l 叫转码器卜_ 斗帧率：f 2 分辨率： s 1u分辨率：s 2 编码标准：c l编码标准：c 2 图1 - 1 利用视频转码器进行视频格式转换 f i g 1 1 f o r m a tc o n v e r s i o nu s i n gav i d e ot r a n s c o d e r 广播电视类应用 目前数字电视的节目源都是以m p e g - 2 多路节目传输流( m u l t i p l ep r o g r a mt r a n s m i t s t r e a m ，m p t s ) 形式传输。卫星电视节目经由卫星传输，以d v b s m p e g 2 卫星接收机接 收；有线电视则以d v b c m p e g 2 传送到h f c 网络中作为广播信号传送到用户；地面 数字电视则以d v b t 或国标调制方式加m p e g 2 方式广播到用户接收端。另一方面，电 第1 页 第一章绪论 信运营商也想在电信宽带网中提供类似的广播服务并加上双向的点播服务。但由于 m p e g 2 占用带宽较高，电信宽带接入网的带宽不足以支持广播级的m p e g 2 节目，所 以许多网络电视( i n t e m e tp r o t o c a lb a s e d i p t v ) 运营商在互联网上多半会把各种节 目源转成压缩率较高的h 2 6 4 等进行传输，开辟更广阔的产业化道路。作为i p t v 运营 商，可以购买大量的m p e g - 2 节目源并经过转码，即可实现廉价的运营；另外，手机电 视或移动电视运营商，大多采用h 2 6 4 传送其新媒体内容。转码器在数字电视广播中的 应用如图1 2 所示。 图1 2 转码器在数字电视广播中的应用 f i g 1 2t h ea p p l i c a t i o no f t r a n s c o d e rt od i g i t a lt vb r o a d c a s t i n g 图像监控类应用 城市图像监控系统网际联网技术是转码技术的又一个重要应用1 3 j 。城市图像监控系 统的发展经历了从模拟监控、数字的d v r 、i p 网络监控到现在发展的智能监控，这些 系统在城市里面混合存在着。在图像监控领域实现了所有已有的编码标准如h 2 6 1 、 m p e g 1 、m p e g 2 、j p e g 、j p e g 2 0 0 0 、h 2 6 3 、m p e g 4 、h 2 6 4 、a v s 等，而且各个 监控终端由于对视频质量的要求不同，支持的监控等级也不同，因此，要建设一个城市 的联网监控模式，需要解决这些不同编码标准形成的媒体数据的转换。利用转码技术来 解决多标准共存引起的资源共享问题，只需要在各个子网的接入点增加媒体转换网关， 即可廉价地实现异构标准码流的互联互通，以保证城市的公共安全甚至国家的安全。从 m p e g 2 到h 2 6 4 这两个引领不同时期的主流编码标准之间的转码又成为研究的重中之 第2 页 第一章绪论 重。转码器在城市图像监控中的应用如图1 3 。 匝乎悃矿 图1 - 3 转码器在城市图像监控中的应用 f i g 1 3t h ea p p l i c a t i o no f t r a n s c o d e ri nu r b a nv i d e os u r v e i l l a n c es y s t e m 随着计算机硬件技术和宽带网络的快速发展，人们希望互联网不再只有简单的网页 浏览、文件下载等功能，更能承载实时的视、音频信息。因此，能满足“边下载边播放” 的流媒体技术应运而生并且得到快速发展，流媒体业务也被认为是未来高速宽带网的主 流业务。 所谓流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) 是指采用流式传输的方式在i n t e r n e t 播放的媒体格 式。流媒体指的是一种新的媒体传送凡是而非一种新的媒体。流媒体又叫流式媒体，是 指商家用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出，传送到网络上。用户通过解压设 备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。这个过程的一系列相关的 包成为“流”。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像采用下载方式那样等到整个 文件全部下载完毕，而是只需要经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利 用解压设备对压缩的媒体文件解压后进行播放和光看，此时多媒体文件的剩余部分将在 后台的服务器内继续下载。与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的 流式传输方式，不仅使启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量的需求也大大降低。 视频、声音和数据通过实时传输协议以连续流方式顺序从源端向目的地传输，目的地只 需接收到一定数据缓存后就可以立即播放的多媒体应用方式【1 5 1 。这一应用对信息源的不 同格式之间的转码技术提出了要求外，还对转码的实时性提出了要求。除此之外，在手 持视频终端逐渐普及的今天，由于手持终端的重要特点在于其显示能力和处理能力有 第3 页 第一章绪论 限，这一特点注定了视频的空间分辨率下采样、时间分辨率下采样转码技术和低复杂度 解码芯片成为此类应用的重要技术手段。 1 2 视频转码器基本架构和技术综述 最早的视频转码技术专注于减小码流的比特率以适应传输信道的容量，同时，研究 人员还着重于变码率和恒定码率之间的转码算法研究，以使视频流能够更有效地在不同 的信道中传输。随着时间推移，越来越多的手持设备出现了，这些手持设