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基于张量的视频流转码一致性优化技术研究

基于张量的视频流转码一致性优化技术研究

作者：王之道南京邮电大学

学位级别：硕士

随着视频的播放需求不断扩大,互联网上出现了各式各样的视频服务产品。视频转码(Video Transcoding)技术在这些产品中有着广泛的应用,它被用于解决原始视频与播放需求在码率、编码方式、封装格式等方面不符的矛盾。近年来高清晰度视频... 详细信息

随着视频的播放需求不断扩大,互联网上出现了各式各样的视频服务产品。视频转码(Video Transcoding)技术在这些产品中有着广泛的应用,它被用于解决原始视频与播放需求在码率、编码方式、封装格式等方面不符的矛盾。近年来高清晰度视频直播的流行,使得视频服务呈现出数据量大、时效性强的新特点,视频转码也经历了由批处理模式到分布式计算再到流式计算的发展。然而视频转码技术的发展引入了网络的不确定性,由此产生的不一致问题会让转码过程出现额外的画面失真。本文针对流式视频转码中的一致性优化技术进行研究,主要做了以下三个方面的工作:(1)针对流式视频转码过程中的不一致问题,提出了一种利用张量技术,从出错预防和错误恢复两方面同时入手的一致性优化算法。一方面通过Qt多线程的基本一致性机制和Paxos算法,尽可能减少转码过程中出现的不一致问题。另一方面通过基于张量补全的图像修复技术,降低未能避免的不一致问题带来的影响。实验结果表明,使用本文提出的方法可以使目标视频的三种典型一致性指标均有所提高,有效减少了使用流式计算模式在视频转码过程中产生的不一致问题。(2)针对在优化一致性时会降低可用性和分区容错性的问题,提出了一种基于CAP(Consistency-Availability-Partition tolerance,一致性-可用性-分区容错性)约束关系的综合优化技术。首先根据使用的最终一致性模型给出张量化视频副本的一致性度表达式,并推导一致性与可用性、分区容错性之间的约束关系。然后对流式视频转码系统中的不同参数进行分类,结合约束函数形成三目标优化问题。最后使用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA2),求解出系统资源的最优分配方案集合。实验结果表明,当系统参数在合理的范围内时,该算法可以正确描绘出三目标优化问题的Pareto最优前沿面。本文所提的方法对CAP问题进行了定量分析,不再局限于传统的定性分析,使得对视频转码进行一致性优化时能兼顾地考虑到可用性和分区容错性。(3)基于以上两种一致性优化技术,设计并实现了视频流转码原型系统。该系统采用模块化设计,用户可以调整设置应对不同的转码需求。此外系统还附带一致性指标计算及对比功能,方便维护人员评估一致性优化技术的效果。在测试中,系统能够完成对实录视频的转码及一致性优化,验证了本文所提方法的有效性和实际应用价值。

关键词：视频转码一致性流式计算张量

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编码质量与容错性自适应的跳帧视频转码

光学精密工程 2010年第12期18卷 2672-2679页

作者：周怡然陈耀武浙江大学数字技术及仪器研究所浙江杭州310027

为了使跳帧视频转码在有较好编码质量的同时兼顾转码后新码流的容错性,研究了一种编码质量与容错性自适应的跳帧视频转码方法。提出了基于最优编码质量的跳帧转码算法,依据质量影响系数,在所设计的滑动窗结构中进行了最优跳帧方案的选择... 详细信息

为了使跳帧视频转码在有较好编码质量的同时兼顾转码后新码流的容错性,研究了一种编码质量与容错性自适应的跳帧视频转码方法。提出了基于最优编码质量的跳帧转码算法,依据质量影响系数,在所设计的滑动窗结构中进行了最优跳帧方案的选择,即计算各种跳帧可能性对编码质量的影响,最大程度地保留并编码运动强度较大的帧,提升编码质量。基于此算法,估计跳帧后的错误敏感度和错误影响系数,进一步提出了编码质量与容错性自适应的跳帧方法,使压缩效率和容错能力之间达到动态平衡。实验结果表明：丢包传输时,本方法可使再次解码视频的PSNR值提高0.05~1.2 dB,从而满足跳帧视频转码对帧率准、质量好、容错性强等方面的要求。

关键词：视频转码跳帧编码质量容错时域分辨率

一种基于分层率失真优化的容错性视频转码算法

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计算机学报 2009年第6期32卷 1152-1161页

作者：韩镇胡瑞敏陈皓李明武汉大学计算机学院武汉430072 武汉大学国家多媒体软件工程技术研究中心武汉430072

容错性视频转码能够在已压缩视频流中嵌入容错性工具,以增强视频流面向无线信道的抗误码能力.但是容错性工具的嵌入在降低失真的同时也会增加码率,因此需要进行率失真优化.针对这一问题,文中提出了一种基于分层率失真优化的容错性转码算... 详细信息

容错性视频转码能够在已压缩视频流中嵌入容错性工具,以增强视频流面向无线信道的抗误码能力.但是容错性工具的嵌入在降低失真的同时也会增加码率,因此需要进行率失真优化.针对这一问题,文中提出了一种基于分层率失真优化的容错性转码算法.该算法通过在帧层和宏块层分别对重同步标记的插入和帧内宏块的刷新进行不同粒度的优化来提高算法的灵活性,通过在帧层考虑帧内宏块刷新、帧内预测和运动矢量预测的影响来提高算法的精确性,通过在宏块层减少候选模式的数量来降低算法的复杂度.实验表明,该算法与基于单层率失真优化的算法相比,信噪比可获得0.6～1.1dB的增益,复杂度最多可降低25%.

关键词：视频转码容错性率失真优化重同步标记插入帧内宏块刷新

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一种基于H.264的视频转码方案

电子学报 2008年第5期36卷 848-851页

作者：刘兆广彭玉华杨阳山东大学信息科学与工程学院山东济南250100

本文提出了一种基于H.264降低图像尺寸转码中的宏块类型快速选择方案.文中以原始图像中对应四个宏块的非零系数总个数为准则选择宏块类型,首次提出以指数模型来描述阈值和重新量化参数的关系(Th-Qr模型),并将其线性化为一元线性回归模型... 详细信息

本文提出了一种基于H.264降低图像尺寸转码中的宏块类型快速选择方案.文中以原始图像中对应四个宏块的非零系数总个数为准则选择宏块类型,首次提出以指数模型来描述阈值和重新量化参数的关系(Th-Qr模型),并将其线性化为一元线性回归模型,进一步使用最小二乘法来估计模型中的参数.帧内模式选择中,Th-Qr模型是用来区分I4×4和I16×16宏块;帧间模式选择中,Th-Qr模型区分出当前宏块所处区域的运动性质,进而简化候选宏块类型个数.实验结果表明,与全搜索法相比,在保证压缩性能损失不大的情况下,本文提出的帧内模式选择方法的速度能提高4到5倍,帧间模式选择方法的速度能提高约35倍.

关键词：视频转码 H.264 宏块类型选择线性回归

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一种基于视觉显著性分析的视频转码算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2014年第4期42卷 35-39页

作者：蒋炜田翔陈耀武浙江大学数字技术及仪器研究所浙江杭州310027 浙江大学浙江省网络多媒体重点实验室浙江杭州310027

根据人眼视觉的特点,提出一种基于视觉显著性分析的视频转码算法.首先利用H.264码流中的运动矢量场进行全局运动估计和局部运动分割,然后结合编码比特数的分布特点生成最终的视觉显著性图,最后在转码的重编码过程中,利用视觉显著性图对... 详细信息

根据人眼视觉的特点,提出一种基于视觉显著性分析的视频转码算法.首先利用H.264码流中的运动矢量场进行全局运动估计和局部运动分割,然后结合编码比特数的分布特点生成最终的视觉显著性图,最后在转码的重编码过程中,利用视觉显著性图对非显著性区域进行自适应频率系数压制,以在保持视频主观质量的前提下进一步提高压缩效率.实验结果表明:与现有视觉显著性区域检测方法相比,本算法能更准确完整地检测出视频中的显著性区域;而与参考的标准转码算法相比,平均降低约14%的编码比特率,同时保持了几乎相同的主观质量.

关键词：视频转码视觉显著性运动矢量场编码比特数 H 264 高效率视频编码

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针对网络视频应用的视频转码技术综述

通信学报 2007年第1期28卷 111-118页

作者：余圣发陈曾平庄钊文国防科学技术大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

对视频转码的技术基础,尤其是3种典型的体系结构进行了简述和比较,然后讨论了利用从输入视频流中易于得到的信息,减少计算复杂度和改善视觉质量的方法。同时,对近年来出现的一些热点技术,如信息(包括水印和具有差错抑制特征的数据)嵌入... 详细信息

对视频转码的技术基础,尤其是3种典型的体系结构进行了简述和比较,然后讨论了利用从输入视频流中易于得到的信息,减少计算复杂度和改善视觉质量的方法。同时,对近年来出现的一些热点技术,如信息(包括水印和具有差错抑制特征的数据)嵌入的视频转码、H.264码流转码等进行了重点讨论。对视频转码技术的未来发展也进行了展望。

关键词：视频转码信息嵌入差错抑制运动估计

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一种面向MPEG码流的快速视频转码方法

计算机研究与发展 2006年第1期43卷 109-114页

作者：袁禄军高文吴枫李世鹏中国科学院计算技术研究所微软亚洲研究院北京100080

将高码率的视频码流转码生成低码率的视频码流,以适应不同网络带宽的需要,这是MPEG视频转码的一个最重要的应用·存在开环和闭环两种不同结构的码率缩减视频转码器,它们在转码速度和转码后的图像质量两方面各有优势·针对这两种转码结... 详细信息

将高码率的视频码流转码生成低码率的视频码流,以适应不同网络带宽的需要,这是MPEG视频转码的一个最重要的应用·存在开环和闭环两种不同结构的码率缩减视频转码器,它们在转码速度和转码后的图像质量两方面各有优势·针对这两种转码结构的优缺点,提出了一种新的漂移误差自适应的快速视频转码结构·该结构以块为基本单元自适应地控制漂移误差,同时采用合适的查表算法来降低量化和反量化运算的复杂度·实验结果表明,采用这种结构的视频转码器在转码速度上不仅远远高于闭环结构,而且也超过了传统的开环结构;在转码后的图像质量上接近闭环结构,并且远远好于开环结构·此外,这种结构的视频转码器还可以方便地扩展成为复杂度可伸缩的转码器,根据处理器的有效负荷动态地调整转码器的复杂度,更好地实现实时视频转码服务·

关键词：视频转码漂移误差闭环结构开环结构

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基于自适应冗余片嵌入的容错视频转码方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2011年第1期39卷 6-10页

作者：周怡然陈耀武浙江大学数字技术及仪器研究所浙江杭州310027

为提升视频码流在传输中的容错能力,提出了一种容错视频转码方法,通过向原码流嵌入冗余片来保护图像的感兴趣区域.引入了一种感兴趣区域的提取方法,利用肤色和运动信息确定每一帧图像的感兴趣区域.为避免不必要的比特消耗,通过计算感兴... 详细信息

为提升视频码流在传输中的容错能力,提出了一种容错视频转码方法,通过向原码流嵌入冗余片来保护图像的感兴趣区域.引入了一种感兴趣区域的提取方法,利用肤色和运动信息确定每一帧图像的感兴趣区域.为避免不必要的比特消耗,通过计算感兴趣区域的率失真性能来判断是否需要对当前帧的码流嵌入冗余片.若选择需要嵌入,则会在熵编码过程中生成冗余片并嵌入码流,避免二次编码.实验结果表明:该方法能够显著改善丢包传输时视频的主观质量,实现较好的率失真性能.

关键词：视频转码容错冗余片感兴趣区域率失真

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基于图像质量控制的视频转码技术

清华大学学报（自然科学版） 2006年第1期46卷 145-148页

作者：徐一凡戴琼海尔桂花清华大学自动化系北京100084

为了满足数字视频广播传输过程中对视频质量稳定性的要求,提出一种使视频质量保持在所需范围,并且满足带宽限制的应用方案。该方法使用离散余弦变换系数的均方差来评价图像质量损失,并建立二次量化参数与图像质量损失之间的对应关系模型... 详细信息

为了满足数字视频广播传输过程中对视频质量稳定性的要求,提出一种使视频质量保持在所需范围,并且满足带宽限制的应用方案。该方法使用离散余弦变换系数的均方差来评价图像质量损失,并建立二次量化参数与图像质量损失之间的对应关系模型,动态选择二次量化参数。该方法将视频质量作为主要控制对象,在转码过程中实时评估和控制图像质量损失,使得转码输出的视频质量保持平稳。与传统的像素域质量评估方法相比,全部操作可在频域完成,因而计算量小,调整速度快。仿真实验表明:该方法可有效地控制转码视频的质量损失。

关键词：数字电视技术数字视频广播视频转码