MPEG－2到AVS视频转码研究

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1、MPEG-2到AVS视频转码研究张新晨‘，2胡瑞敏‘李德仁2朱立‘韩镇‘(武汉大学多媒体网络通信工程湖北省重点实验室，湖北武汉，430079)2〔武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉，430079)摘要:视频转码技术能动态地将MPEG-2码流转换成为AVS码流，有效解决目前AVS节目源不足及大量MPEG-2设备利用问题.本文分析了MPEG-2和AVS编码算法差异，回顾视频转码技术，根据应用禽求，设计出一个支持标清格式的多功能MPEG-2到AVS实时视频转码器，并详细讨论了其关健算法的实现。实脸结果表明，该视频转码器在转码质蚤和转码速度均能满足

2、需求.关键词:MPEG-2;AVS;视频转码1.引言多媒体的互操作问题，随其应用的快速增长受到越来越多的重视。视频转码器能有效解决终端之间、网络之间、终端与网络间的互通问题[q.AVS(audiovideocodingstandard)是我国自主制定的数字音视频编解码技术标准，采用了多项先进视频编码技术，代表了当前的国际先进水平。但数字视频信息大多以MPEG-2压缩编码格式存储，为推动我国数字音视频技术进入实用阶段，提供更多更好的数字视频节目和网络视频服务，需将现有MPEG-2格式节目内容转换成AVS格式，因此研究MPEG-2到AVS视频转

3、码技术有重大意义。AVS视频编码标准采用了许多新技术与MPEG-2标准有很大差异，现有转码技术己不能完全解决该问题，面向数字电视高端应用和实时性要求是本视频转码的难点。本文首先分析比较MPEG-2与AVS视频编码标准的异同，简单回顾当前视频转码技术，针对应用要求，提出了一个完整的多功能MPEG-2到AVS视频转码方案，并详细描述了其关键技术和算法实现，最后给出了与参考转码器对比的实验结果。2.MPEG-2与AVS视频编码技术比较虽然AVS采用了最新的编码技术，但其信源编码框架与现有视频编码标准类似，包括运动估计冲卜偿(ME/MC)、变换编码

4、、可调步长的量化、Z-Z扫描、嫡编码等。在同等视频质量压缩条件下，AVS编码效率比MPEG-2高出2至3倍[21，性能提高来源于AVS使用的新算法[[31，例如，变换和量化采用了8x8整数编码和64级量化，克服了变换适配问题，且更广的量化级别能够完全适应更广的业务对码率和质量的要求;AVS采用了帧内预测技资助项目:国家自然科学基金(60472040)_863计划(2004AAI19010联系作者:张新晨。E-mail:-zhm"(u)263.net万方数据W多媒体信号处理239术，以8x8块为单位用相邻块像素预测当前块，减少图像空间冗余，亮

5、度和色度分别采用5种和4种预测模式;帧间预测采用1/4像素精度的多种块模式运动补偿，同时充分利用B帧所需的两参考帧空间，P帧也可进行两参考帧前向预测，B帧采用直接、对称和跳过模式进一步提高压缩效率;嫡编码AVS采用自适应变长编码技术，其语法元素和残差数据都是以指数哥伦布码的形式映射成二进制比特流。表1列出了AVS与MPEG-少]编码算法的不同之处。如何通过某种映射和变换算法有效解决MPEG-2与AVS编码标准的差异，设计一个合理的转码结构及优越的实现算法，有效的节省转码计算量，保证转码后的视频质量，是本文的研究目标。表，AVS与MPEG-2

6、编码技术比较编码工具名称MPEG2AV5变换编码8X8DCT8x8整数变换量化2xQP2(QP/8)}(QP为量化参数)帧内编码无帧内预测，DC系数差分编码亮度5种，色度4种预测模式帧间预测块模式16x16,16x816x16,16x8,8x16.8x8预测参考帧P帧1个，B帧2个P帧2个，B帧2个运动矢量(MV)范围受限非受限嫡编码变长码表(Huffnan)自适应变长编码指数哥伦布码运动补偿像素精度半像素(双线性插值)1/4像素(4-Pel滤波)环路滤波无去块滤波3.MPEG-2到AVS视频转码器3.1视频转码回顾视频转码是把已压缩的视频

7、数据从一种形式转换为另一种视频数据形式的操作。最直接的转码方式是把MPEG-2解码器与AVS编码器级联。级联转码方式能保证图像转码质量和编码效率，但其计算量巨大，不易直接使用。为将计算量减到最小，开环转码结构151采用在频域直接截断高频系数或重量化方法，省略ME和变换过程，但其造成的误差漂移问题严重影响转码质量。为保证质量、减少计算量，闭环结构通过重用MV信息，避免计算量最大ME过程151，利用MC消除漂移误差。目前转码应用研究主要集中在比特率转换、帧率缩减、空间分辨率变换(下采样)、容错性转码这四个方面D1。比特率转换是主要研究如何快速将

8、一种高码率高质量的视频数据转换成适合当前网络环境传输的较低码率视频数据，动态调整输出码率。帧率缩减转码通常利用跳帧处理和运动矢量时域合成及修正技术实现，适用于传输带宽过低导致的视