MPEG-2 비트열을 H.264 비트열로 변환하기 위한 저 복잡도 인터 모드 결정 기법

Abstract

Today, most of video contents follow MPEG-2 standard like HDTV and DVD. Also network terminal fields are being developed, and the video content consumption on various terminals is increasing, simultaneously. Besides, the mobile and portable TV receivers which adopt H.264 standard equipped with high coding efficiency are being spread widely. These surroundings pull out desires to watch HDTV programs on the portable video player. However MPEG-2 stream is not fit to narrow bandwidth environment such as internet or wireless communication, and is not fit to small display and small storage like a portable terminal, either. Therefore it is essential to convert video contents into H.264 streams which can reduce bitrates without visual quality degradation compared with MPEG-2. H.264 video coding standard is different a lot from other conventional coding standards such as MPEG-1, MPEG-2, and MPEG-4 Part 2 in terms of encoding component techniques. H.264 video coding standard has very high complexity as much as very high coding efficiency. Especially, the motion estimation modes of various block sizes for inter-frame coding help to improve video coding efficiency very much. However, these require a number of computations and much time due to increased complexity to implement. Hence the complexity of H.264 is the largest obstacle to solve in order to implement a real-time transcoder. To solve this problem, an efficient transcoding method from MPEG-2 to H.264 is proposed in this thesis. The proposed transcoder is the trancoding method for spatial domain which consists of MPEG-2 decoder part and H.264 encoding part. The macroblock type and coded block pattern used during MPEG-2 decoding procedure are highly correlated with the macroblock mode of H.264. Using this similarity, H.264 encoder chooses the macroblock mode adaptively to reduce the whole complexity of the transcoder. Our experimental results show that the proposed algorithm can archive about 30~66% computational saving without significant degradation of visual quality and increasing of bit rate.; 최근의 대부분의 비디오 콘텐츠는 HDTV나 DVD처럼 MPEG-2 표준을 따른다. 이와 때를 같이하여 네트워크 단말기 분야의 발달과 함께 여러 단말기에서의 영상 콘텐츠 소비가 늘어나고, 높은 압축률을 자랑하는 H.264를 표준으로 채택한 휴대용 이동 수신 TV단말기의 보급도 늘어나고 있다. 따라서 이러한 휴대용 비디오 재생기에서 HDTV프로그램을 시청하고자 하는 욕구도 증가하고 있다. 그러나 MPEG-2 스트림은 인터넷이나 무선통신과 같이 낮은 대역폭을 가진 전송환경이나 휴대 단말기와 같이 작은 디스플레이 화면과 적은 저장 공간을 가진 환경에서는 적절하지 못하다. 따라서 MPEG-2보다 화질 열화가 없이 비트율을 더 줄일 수 있는 H.264로 비디오 콘텐츠를 변환하는 작업이 필수적이다. 부호화의 요소 기술 측면에서 이전의 비디오 영상표준들(MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Part2 등)과 많이 상이점을 보이는 H.264 비디오 표준은 높은 부호화 효율만큼이나 높은 복잡도를 가진다. H.264는 화면 간 부호화에 있어서 다양한 크기의 움직임 예측 모드를 사용하고 있어서 동영상 압축률에 있어서는 큰 효과를 보이고 있지만, 복잡도의 증가로 인해 상당한 계산량과 시간을 필요로 한다. 이러한 H.264의 복잡도는 실시간 트랜스코더 구현의 가장 어려운 문제점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 MPEG-2로 부호화된 비디오 스트림에서 H.264 부호화 표준으로의 효율적인 트랜스코딩 기법을 제안한다. 제안하는 MPEG-2에서 H.264로의 트랜스코더는 MPEG-2 복호화부와 H.264 부호화부로 구성되어 있으며, MPEG-2 복호화부가 입력되는 MEPG-2 비디오 스트림의 전복호화를 수행하는 공간영역에서의 트랜스코딩 기법이다. 반면 MPEG-2 복호화 과정에서 사용되는 매크로블록 타입과 부호화 블록패턴은 H.264의 매크로블록 모드와 상당한 연관성을 가지는데, 이를 이용하여 H.264 부호화부에서는 매크로블록 모드를 적응적으로 선택함으로써 전체 트랜스코더의 복잡도를 감소시킨다. 제안하는 트랜스코더를 시퀀스에 적용한 결과 주목할 만한 화질 열화나 비트율의 증가 없이 30~66%정도 복잡도가 감소된 것으로 나타난다.