基于壓縮域的視頻轉(zhuǎn)碼與視頻編輯技術的研究.pdf

1、隨著數(shù)字電視業(yè)務迅速而廣泛的開展，對MPEG-2視頻碼流編輯技術的需求十分迫切。MPEG-2壓縮節(jié)目的制作和編輯技術完全不同于傳統(tǒng)的模擬電視節(jié)目的制作和編輯；與M-JPEG壓縮節(jié)目的編輯相比，對MPEG-2壓縮節(jié)目實現(xiàn)幀精度的編輯也要復雜得多。MPEG-2標準為實現(xiàn)高壓縮比而利用了幀間的時域相關性，因此在視頻編輯中對視頻內(nèi)容及碼率的任何改變都會對后續(xù)幀產(chǎn)生影響，從而涉及到視頻轉(zhuǎn)碼。MPEG-2碼流視頻編輯的關鍵技術在于視頻轉(zhuǎn)碼器的設計、

2、快速算法、再量化技術、碼率控制及視頻編輯算法等。 本文結(jié)合作者參與的上海市青年科技啟明星計劃“數(shù)字電視節(jié)目制作與編輯技術”(編號：01QD14030)，研究了MPEG-2碼流的轉(zhuǎn)碼與編輯技術中的一些關鍵問題，包括內(nèi)部編碼幀的轉(zhuǎn)換、DCT域運動補償及其快速算法、幀精度的無縫拼接、疊加臺標、畫中畫等。在簡單地介紹了本文的研究背景和研究目的之后，本文著重分析了視頻轉(zhuǎn)碼器的結(jié)構(gòu)、DCT域運動補償(DCT-MC)的快速算法、編碼參數(shù)再利用

3、、碼率控制與再量化，并介紹了壓縮域的MPEG-2視頻編輯技術，通過研究提出了如下的創(chuàng)新成果： 針對MPEG-2內(nèi)部編碼幀的轉(zhuǎn)碼，本文提出了基于優(yōu)選再量化級的轉(zhuǎn)碼算法。通過分析轉(zhuǎn)碼時的率失真曲線，建立了優(yōu)選再量化級的判斷依據(jù)，并使用大量的實驗來為每個量化級建立對應的優(yōu)選再量化級；為確保轉(zhuǎn)碼中使用優(yōu)選再量化級并實現(xiàn)有效的碼率控制，本文還提出了一種針對內(nèi)部編碼幀的碼率控制算法。實驗表明：本文提出的算法所獲得的PSNR性能不但明顯優(yōu)于其

4、他的轉(zhuǎn)碼算法，而且也優(yōu)于使用TM5碼率控制算法直接編碼所能獲得的性能。 針對DCT域運動補償問題，首先通過分析基于幀DCT的DCT-MC的不足之處，提出采用場DCT來實現(xiàn)DCT-MC，給出了場DCT下具有半像素的運動矢量的處理方法，通過推導出新的矩陣來減小半像素運動矢量進行DCT-MC時所需的計算復雜度。然后，通過結(jié)合圖像的局部相關性和偏移塊中能量的分布情況，根據(jù)參考塊中DCT系數(shù)的分布特性提出了一種改進的局部帶寬估計方法，通過

5、只對位于局部帶寬之內(nèi)的DCT系數(shù)進行計算可減小DCT-MC的計算復雜度。最后，針對當前殘差塊DCT系數(shù)的分布特性，為B幀轉(zhuǎn)碼時的DCT-MC提出了一種快速算法，該算法利用B幀不作參考幀的特點，只有當殘差塊中相應位置處的DCT系數(shù)不為零時才計算預測塊中有關位置處的DCT系數(shù)，該算法顯著地加快B幀的轉(zhuǎn)碼速度，且對轉(zhuǎn)碼后圖像質(zhì)量的影響非常小。 研究了幀精度的MPEG-2碼流無縫拼接技術。介紹了現(xiàn)有的拼接方案并分析其局限性，通過分析給出

6、了幀精度拼接中幀類型轉(zhuǎn)換方案的選取策略；為實現(xiàn)幀類型轉(zhuǎn)換，提出了基于DCT域的幀類型轉(zhuǎn)碼器，并分析了幀類型轉(zhuǎn)碼對圖像質(zhì)量及編碼比特數(shù)的影響。針對碼流的無縫拼接提出一種碼率控制算法，該碼率控制算法利用已解碼幀的信息計算拼接期的目標比特數(shù)，采用TM5碼率控制算法來為每一幀分配目標比特數(shù)，并使用ρ域碼率控制算法來保證碼率控制的精確性。實驗表明：拼接后碼流的vbvdelay與原始碼流的vbvdelay基本上做到了一致，同時將圖像降質(zhì)限制在有限的