基于壓縮域的視頻轉(zhuǎn)碼與視頻編輯技術(shù)的研究.pdf

1、隨著數(shù)字電視業(yè)務(wù)迅速而廣泛的開展，對(duì)MPEG-2視頻碼流編輯技術(shù)的需求十分迫切。MPEG-2壓縮節(jié)目的制作和編輯技術(shù)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(duì)MPEG-2壓縮節(jié)目實(shí)現(xiàn)幀精度的編輯也要復(fù)雜得多。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)現(xiàn)高壓縮比而利用了幀間的時(shí)域相關(guān)性，因此在視頻編輯中對(duì)視頻內(nèi)容及碼率的任何改變都會(huì)對(duì)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(guān)鍵技術(shù)在于視頻轉(zhuǎn)碼器的設(shè)計(jì)、

2、快速算法、再量化技術(shù)、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(jì)劃“數(shù)字電視節(jié)目制作與編輯技術(shù)”(編號(hào)：01QD14030)，研究了MPEG-2碼流的轉(zhuǎn)碼與編輯技術(shù)中的一些關(guān)鍵問題，包括內(nèi)部編碼幀的轉(zhuǎn)換、DCT域運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償及其快速算法、幀精度的無縫拼接、疊加臺(tái)標(biāo)、畫中畫等。在簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(shù)，通過研究提出了如下的創(chuàng)新成果： 針對(duì)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(jí)的轉(zhuǎn)碼算法。通過分析轉(zhuǎn)碼時(shí)的率失真曲線，建立了優(yōu)選再量化級(jí)的判斷依據(jù)，并使用大量的實(shí)驗(yàn)來為每個(gè)量化級(jí)建立對(duì)應(yīng)的優(yōu)選再量化級(jí)；為確保轉(zhuǎn)碼中使用優(yōu)選再量化級(jí)并實(shí)現(xiàn)有效的碼率控制，本文還提出了一種針對(duì)內(nèi)部編碼幀的碼率控制算法。實(shí)驗(yàn)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(duì)DCT域運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(chǎng)DCT來實(shí)現(xiàn)DCT-MC，給出了場(chǎng)DCT下具有半像素的運(yùn)動(dòng)矢量的處理方法，通過推導(dǎo)出新的矩陣來減小半像素運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行DCT-MC時(shí)所需的計(jì)算復(fù)雜度。然后，通過結(jié)合圖像的局部相關(guān)性和偏移塊中能量的分布情況，根據(jù)參考?jí)K中DCT系數(shù)的分布特性提出了一種改進(jìn)的局部帶寬估計(jì)方法，通過

5、只對(duì)位于局部帶寬之內(nèi)的DCT系數(shù)進(jìn)行計(jì)算可減小DCT-MC的計(jì)算復(fù)雜度。最后，針對(duì)當(dāng)前殘差塊DCT系數(shù)的分布特性，為B幀轉(zhuǎn)碼時(shí)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(diǎn)，只有當(dāng)殘差塊中相應(yīng)位置處的DCT系數(shù)不為零時(shí)才計(jì)算預(yù)測(cè)塊中有關(guān)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(duì)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(shù)。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(shí)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(duì)圖像質(zhì)量及編碼比特?cái)?shù)的影響。針對(duì)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(jì)算拼接期的目標(biāo)比特?cái)?shù)，采用TM5碼率控制算法來為每一幀分配目標(biāo)比特?cái)?shù)，并使用ρ域碼率控制算法來保證碼率控制的精確性。實(shí)驗(yàn)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(shí)將圖像降質(zhì)限制在有限的