Video transcoding techniques offer the possibility of matching coded video to transmission channels of lower capacity by reducing the bit-rate of compressed bitstreams. Applications such as video on demand (VOD) and multicasting of video to heterogeneous networks motivate the idea of transcoding. The performance of transcoding is evaluated by two factors; the accuracy on the target bit-rate and the complexity of hardware implementation.
In this thesis, we propose a new rate control algorithm which has an accurate bit-rate control characteristics with a small computational complexity. For the rate control method, we empirically observe the relationship between the quantization step size and the generated bits in the requantization process of the MPEG coded video sequence. It is found that the regenerated bit-rate can be characterized as a piecewise linear function of requantization step size. This property provides an accurate quantization step size for new target bit-rate. For the complexity problem, we reduce the computational complexity of target bit allocation drastically and remove the need of additional computation for adaptive quantization. It is shown by simulation that the proposed method gives much better performance in accuracy and picture quality than conventional rate control method.
앞으로 실시될 대부분의 비디오 서비스는 MPEG-2를 기반으로 하고 이 서비스들의 상당 부분은 이미 압축 저장된 비디오를 이용하는 방식이 적용될 전망이며 VOD (Video On Demand) 서비스를 그 전형적인 예로 들 수 있다. 이런 서비스의 주된 문제점은 비디오를 압축 저장할 때 나중에 그 비디오가 전송되어질 채널의 대역폭의 특성이 고려될 수 없다는 것이다. 이런 문제점은 서로 이질적인 대역폭을 가진 채널을 통해 서비스가 이루어질 때 분명해진다. 압축 저장된 비디오의 비트율보다 낮은 대역폭을 갖는 채널의 경우 좋은 품질의 서비스를 보장할 수 없고 각 채널의 대역폭에 맞는 다양한 비트율로 압축된 비디오를 준비할 수 없다. 이런 문제점들을 해결하기 위하여 비디오 서버와 사용자 사이에 비트율을 변환시키는 것이 도입됐다. 즉, 높은 비트율로 압축되어 저장된 비디오를 더 낮은 비트율로 전송을 요구하는 사용자에게 서비스 하기 위해 중간에 비트율을 낮추는 장치를 설치하는 것이다. 이렇게 해서 도입된 메카니즘이 비트율 변환기 (Transcoder) 이다. 기존의 연구들은 구조가 간단하고 P-화면에 대한 오류 파급 효과를 줄이는 비트율 변환기의 구조에 초점을 두고 있다. 그리고 이들 연구의 공통점으로는 비트율을 변환시키기 위하여 재양자화 (Requantization)가 이용되고 비트율을 제어 하기 위해서 기존의 방법이 그대로 이용된다는 것이다. 그러나 비트율 변환기에서 기존의 비트율 제어 기법을 그대로 이용할 때에는 치명적인 문제점이 발생된다. 첫째, 비트율 변환기에서 기존의 기법을 이용하기 위한 필수적인 정보가 GOP 구조인데, MPEG-2의 비트열구조에는 이 정보를 저장하기 위하여 할당된 필드가 없다. 결국 비트율 변환기에서 입력으로 받는 비트열 (bitstream)에 대한 GOP 정보를 안다는 가정하에 비트율 제어 기법을 사용할 수 있는 것이다. 둘째, 기존의 비트율 제어 기법은 양자화 계단 크기 (quantization step size)와 비트율 사이의 관계가 전형적인 역비례 관계라는 사실에 근거하지만, 재양자화 시에는 이런 관계가 더 이상 성립되지 않는다. 재양자화 시의 양자화 계단 크기와 비트율은 "불연속적인 선형적 감소 관계 (piecewise linearly decreasing relationship)"가 있음이 본 논문을 통해 증명 된다. 본 논문에서는 이런 문제점을 해결하기 위해 새로운 비트율 제어 기법을 제시한다. 제안된 알고리즘이 간단한 구조로도 정확한 전송률과 좋은 화질의 영상을 만들어 낼 수 있음을 모의 실험을 통해 확인한다.
