Development of multimedia systems has had a major influence in the area of video coding, and the problem of interoperability is getting important for various networks and devices. Thus, devices such as gateways, multipoint control units, and servers must provide a seamless interaction between different formats. The video transcoding is one technology to make this possible. Transcoding can be defined as the conversion of one compressed coded signal to another compressed coded signal.
A digital signal processor (DSP) is a type of microprocessor that is incredibly fast and powerful. A DSP provides optimal solution for communication and signal or image processing that need huge amount of computation. Among many applications, image and video have a great amount of data, so it must be compressed to transfer through a wire or wireless channel without any delay. In order for DSP to achieve fast operation with a limited memory, instruction level parallelism (ILP) structure should be designed. Superscalar or Very Long Instruction Word (VLIW) architecture makes parallel processing possible. The TMS320C6416 DSP board by Texas Instrument has VLIW DSP architecture enable to issue up to eight operations simultaneously at 600 MHz.
This thesis compares MPEG-2 to MPEG-4 spatial-domain transcoder with MPEG-2 to MPEG-4 transform-domain transcoder that are implemented on the PC (Pentium4, 2.2GHz) and the TMS320C6416 (C6416) DSP board. Both transcoders reduce spatial resolution by half. Furthermore, in the encoder, motion estimation is deleted for fast transcoding. Instead, decoded information in the MPEG-2 decoder replaces motion estimation.
For fair comparison, all modules except down sampling and motion compensation that feature transcoding architecture are implemented identically. These modules include mode decision, motion vector selection, variable length decoding, variable length encoding, quantization and inverse quantization.
On the C6416 DSP board, besides implementation of two transcoders, optimization is also considered for motion compensation that is the most time-consumed module by hand written assembly language.
The experimental results show that spatial-domain transcoder usually outperforms transform-domain transcoder with respect to PSNR (Peak Signal-to Noise Ratio) and execution time.
변환 압축(Transcoding)은 어떤 표준의 구문을 다른 표준의 구문으로 바꾸는 것을 의미하며 멀티미디어의 핵심을 이루는 영상 데이터와 음성 데이터를 송수신하는데 있어서 서로 다른 규격이나 성능상의 차이를 해소하는 기술이다.
본 논문에서는 MPEG-2에서 MPEG-4로 변환하는 압축기를 공간 영역 (Spatial domain)과 변환 영역 (Transform domain)에서 각각 구현하여 비교하였다.
화질은 예상했던 대로 공간 영역에서 변환 압축을 하는 구조가 더 낫다는 것을 확인하였다. 이는 변환 영역에서 발생하는 불일치(Mismatch) 현상 때문이다.
수행 속도도 공간 영역 구조가 예상과 달리 변환 영역 구조보다 일반적으로 빠르다는 것을 확인하였다. 변환 영역 구조에서는 역 이산여현변환 (IDCT)과 이산여현변환 (DCT) 연산을 하지 않으므로 계산량의 감소를 가지고 올 것으로 기대하였지만, 공간 해상도를 절반으로 줄이는데 필요한 행렬의 곱셈 개수와, 움직임 보상에 필요한 행렬의 곱셈 개수가 역 이산여현변환과 이산여현변환 연산시 필요한 곱셈의 개수보다 상대적으로 많아서 오히려 속도면에서도 낫지 않다는 것을 보였다. 물론 이것은 움직임 벡터에 따라 필요한 곱셈의 개수가 달라지겠지만 움직임이 아주 적지 않은 이상 공간 영역의 변환 압축기가 속도 면에서도 빠르다.
이 두 변환 압축기를 또한 TMS320C6416 이산신호처리장치를 이용하여 구현을 하였는데 공간 영역에서 구현한 변환 압축기가 역시 빠름을 확인하였다. 공간 영역 구조에서는 Chen 알고리즘을 이용하여 최적화된 함수를 역 이산여현변환과 이산여현변환에 적절히 사용하였고, 변환 영역에서는 행렬 곱을 위한 최적화되어 있는 함수를 이용하였다. 또한 움직임 보상이 가장 많은 싸이클이 걸리는 부분으로, 이 모듈을 어셈블리 언어를 이용하여 빠르게 구현하였다. 공간 영역 구조는 어셈블리 언어를 이용하지 않을 경우 움직임이 적은 영상에 대해서 매초 30장까지의 변환 압축이 가능함을 확인하였고, 변환 영역 구조는 같은 조건에서
매초 25장까지의 변환 압축이 가능함을 확인하였다.
