The pre-encoded MPEG-4 bitstreams for streaming video and interactive multimedia applications are needed to be converted to H.264/AVC bitstreams for the interoperability of heterogeneous video coding standards. A video transcoder is a device that converts video from a compressed format into another compressed format. This thesis proposes an efficient motion vector estimation method to reduce the computational complexity in MPEG-4 to H.264/AVC video transcoding and a cost estimation method to effectively determine the inter mode of H.264/AVC.
In order to effectively transcode a compressed bitstream from MPEG-4 to H.264/AVC, the transcoding method should exploit the decoded information of MPEG-4 bitstream and the characteristics of H.264/AVC. The proposed method estimates motion vectors for various block types of H.264/AVC by using the decoded of motion vectors of MPEG-4 for the spatial- and temporal-resolution reduction in the video transcoding. In order to compensate the estimated motion vectors, the motion vector refinement process is performed with the adaptive refinement range determined by the directional information of the estimated motion vectors.
The rate-distortion optimization (RDO) tool in H.264/AVC encoding chooses the best macroblock mode using Lagrangian optimization. Since the Lagrangian optimization needs to calculate the rate and the distortion for all candidate modes, the computational complexity is very high. This thesis proposes an efficient cost function for inter-mode decision using the Hadamard coefficients, which were already computed for sub-pixel motion estimation (ME).
Experimental results show our proposed method can achieve good R-D performance and quality-to-time ratio in MPEG-4 to H.264/AVC video transcoding.
지금까지 VoD, 휴대통신, DMB등과 같은 많은 디지털 통신 서비스들이 개발되었다. 이러한 통신환경에서 서로 다른 형식을 갖는 비디오 상호간의 호환성을 위해 기존의 압축된 MPEG-4 영상을 새로운 압축 표준인 H.264/AVC로의 변환이 필요하다. 하나의 압축된 형식을 갖는 비디오를 다른 형식의 비디오로 변환시켜줄 수 있는 비디오 트랜스코더(Transcoder)를 이용하여 이종 네트워크간의 비디오를 상호 운용할 수 있다. 본 논문에서는 MPEG-4에서 H.264/AVC로의 비디오 트랜스코딩에서 계산량을 줄일 수 있는 효율적인 움직임 벡터 추정 방법과 H.264/AVC에서 인터모드(Inter mode) 결정을 위한 비용함수를 제안한다.
첫째로 MPEG-4에서 H.264/AVC로의 비디오 트랜스코딩을 위한 효율적인 움직임 벡터 추정 및 적응적인 움직임 벡터 개선방법을 제안한다. MPEG-4는 인터모드에서 각 16 16 블록(Block) 당 하나내지 네 개의 움직임 벡터를 가질 수 있지만 H.264/AVC에서는 율-왜곡(Rate-distortion) 성능의 향상을 위하여 4 4에서 16 16까지의 다양한 블록크기를 갖는다. MPEG-4에서 H.264/AVC로의 효율적인 트랜스코딩을 위해서는 MPEG-4 비트스트림(Bitstream)의 복호화된 정보와 H.264/AVC의 특성을 효과적으로 이용해야 한다. 제안한 방법은 비디오 트랜스코딩에서 공간적, 시간적 해상도를 축소하는 경우에 MPEG-4의 복호화된 움직임 벡터를 이용하여 H.264/AVC의 다양한 블록 크기에 대한 움직임 벡터를 추정한다. 추정된 움직임 벡터의 정확도 향상을 위해 방향 정보를 이용하여 적응적인 움직임 벡터 개선 과정을 수행한다. 실험결과는 제안한 방법의 향상된 율-왜곡성능과 효율적인 움직임 벡터 개선 효과가 있음을 보여준다.
둘째로 하다마드(Hadamard) 계수를 이용하여 모드 결정을 위한 비용함수를 제안한다. H.264/AVC 압축에서 율-왜곡 최적화는 라그랑지안(Lagrangian) 최적화를 이용하여 최소의 비용을 갖는 모드를 선택한다. 하지만 라그랑지안 최적화는 대상이 되는 모든 모드들에 대하여 발생 데이터량과 왜곡정도를 계산해야 하기 때문에 높은 복잡도를 갖는다. 본 논문에서는 부화소 움직임 추정을 위해 이미 계산된 하다마드 계수를 이용하여 모드 결정을 위해 효율적인 비용함수를 제안한다. 실험결과에서는 제안한 방법이 저 복잡도 압축방식의 모드 결정법보다 좋은 율-왜곡 성능을 보이고 고 복잡도 압축방식의 모드 결정보다 향상된 화질대 시간비(Quality-to-time ratio)를 보여주었다.
세번째로 비디오 트랜스코딩 시에 제안한 움직임 벡터 추정 방법과 비용함수를 결합한 결과를 사용하였다. 실험결과는 제안한 방법의 좋은 율-왜곡 성능과 화질 대 시간비를 보여준다.
