基于Spark Streaming的快速视频转码方法

针对单机视频转码方法转码速度较慢和面向批处理的并行转码方法效率提升有限的问题,基于Spark Streaming分布式流处理框架,提出了一种面向流处理的快速视频转码方法。首先,使用开源多媒体处理工具FFmpeg,构建了自动化的视频切片模型,提出编程算法;然后,针对并行视频转码的特点,对弹性分布式数据集（RDD）进行研究,构建了视频转码的流处理模型;最后,设计视频合并方案,将合并后的视频文件进行有效储存。根据所提出的快速视频转码方法设计与实现了基于Spark Streaming的快速视频转码系统。实验结果表明,与面向批处理Hadoop视频转码方法相比,所提方法转码效率提升了26.7%;与基于Hadoop平台的视频并行转码方法相比,该方法转码效率提升了20.1%。     

基于自适应奇异值调制的抗转码视频隐写算法

近年来,随着网络和多媒体处理技术的飞速发展,互联网视频用户数量呈爆炸性增长之势,目前视频流量已占网络总流量的一半以上,这为以视频为载体的隐蔽通信提供了很好的应用背景。但是另一方面,几乎所有的视频网站都会对上传视频进行转码处理,转码后载体视频的码率、图像组GOP （Group of Pictures）结构、量化参数QP （Quantization Parameters）等关键压缩参数都会受到无法预知的影响,这极大地限制了当前绝大多数基于压缩域嵌入的视频隐写算法的应用。要利用视频网站对应的有损转码信道进行隐蔽通信,关键在于设计能抵抗转码攻击的高鲁棒性,并具有足够安全性的隐写方法。针对这一问题,本文提出了一种面向小波变换域,结合奇异值分解SVD （Singular Value Decomposition）和量化索引调制QIM （Quantization Index Modulation）的自适应鲁棒隐写方法。该方法基于目标网站的转码特性仿真实现本地编码器,在编码的过程中完成嵌入。嵌入在视频帧亮度分量的DWT （Discrete Wavelet Transform）域进行,通过采用自适应量化步长QIM的方法对分块最大奇异值进行调制达到嵌入消息的目的。另外,提出一种间隔修正的嵌入策略,很好地抑制了嵌入引起的视频闪烁效应。实验结果表明,提出方法提升了含密载体视频经过不同程度的转码后的秘密消息生存率,同时很好地保持了视觉质量和压缩效率。     

基于云计算框架的视频转码系统

随着视频服务和高清视频的普及,视频服务提供商正面临着越来越多的高清视频转码需求。但是由于高清视频分辨率高、码率大,其转码复杂度是标清视频的数倍,而常规的转码系统虽然利用了多核并发来提高转码速度,但终究受限于单个计算节点的物理条件和转码算法本身的并发能力,使得转码速度提升空间有限。提出一个利用云计算的"Map-Reduce"计算框架的转码系统,将单个转码任务并发至多个计算节点,每个计算节点对同一个视频文件的不同部分分别进行转码,再将转码后的视频文件合并,从而显著提升了转码速度。     

重用运动矢量和预测残差的MPEG-2/H.264空间分辨率转码

本文提出一种新的MPEG-2到H.264的视频转码算法.它通过充分利用MPEG-2解码过程中得到的运动矢量和宏块编码残差等信息,可显著减少H.264编码过程中宏码编码模式确定和运动估计过程的计算复杂度,并得到最终的H.264视频流.几种典型视频测试序列的仿真实验结果表明,本算法对视频质量的损失较小,有稳定的率失真性能,有利于实时转码的实现.     

一种基于分层率失真优化的容错性视频转码算法

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人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%.     

一种改进的降尺寸视频转码算法

在Diversity &; Importance架构的基础上提出一种改进的空间降尺度视频转码算法,利用方差作为转码目标宏块的运动矢量测度因子,并通过自适应阈值的分类方法对不同视频序列选择合适的重编码模式。该算法比传统的运动矢量合成方法提高了约1dB的PSNR,在保持较高转码图像质量的同时有效地控制了编码长度,其转码后码流长度只相当于AMVR-DIM方法产生码流的40%~95%。     

基于多尺寸特征融合的快速转码算法

为了降低H.264转码器的运算复杂度,满足视频转码实时应用的要求,提出一种结合多尺寸视频特征的快速视频转码帧内预测算法。首先利用二维直方图提取小尺寸视频中宏块的空间特性,结合双阈值的方法,选择Intra 16×16或Intra 4×4模式。然后从输入的视频码流中提取编码信息组成多维特征向量训练支持向量机(SVM)分类器模型,通过SVM建立大尺寸视频编码信息与小尺寸视频宏块编码模式之间的联系,进而对Intra 4×4中的9种模式进行细分。此算法减少了预测模式数量,实现率失真优化算法的提前终止,在高效转码的同时保证了转码后视频的高质量。     

视频编码失真估计综述

编码失真是评价视频算法性能的主要因素之一,如率失真优化、码率控制和最佳量化等算法设计中,在不进行复杂预编码的情况下精确估计编码失真,是达到良好率失真性能的必要途径。虽然部分编码失真估计方法已经被采用并作为编码算法的基础,然而,与对码率估计的关注度不同,失真估计并未引起人们的足够关注。系统地回顾总结了视频编码失真估计方法,实验并给出了一些比较结果。将失真估计方法分为四类：1)基于DCT系数分布的建模;2)ρ域;3)λ域和4)基于失真传播的建模。概述了这些方法的基本原理,并且根据实验结果对模型的精度进行了简要对比分析。     

一种面向MPEG码流的快速视频转码方法

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．     

一种基于快速模式选择的H.264跳帧转码算法的研究

为使视频数据适应异构网络和不同终端设备,基于最新视频编码标准H.264的跳帧转码技术成为当前的研究热点。针对在H.264跳帧转码过程中,对所有帧间候选模式进行运动估计而耗费巨大计算资源等问题,在分析相邻帧对应宏块编码特性的基础上,提出一种基于宏块时域相关性的快速模式选择算法。该算法首先统计不同特性视频序列相邻帧对应宏块编码模式的相关性;选取相关性高的模式作为编码模式可选集合,以减少模式选择遍历数目;在对当前宏块进行编码时,根据前一帧对应宏块的模式从上述集合中选取模式进行遍历,以实现率失真优化算法的提前终止。实验结果表明,该算法在控制比特率增长4%的情况下,缩减编码时间近25%,说明算法在保证视频图像具有较好质量的前提下,能够有效降低算法的时间复杂度。     

A novel hybrid 3D video service algorithm based on scalable video coding (SVC) technology

A scalable video coding (SVC) server can simultaneously provide a single bitstream with a fixed maximum service layer for different kinds of devices having different memory capacity, network bandwidth, and CPU performance requirements. An efficient hybrid 3D video service scheme is proposed without violation of the SVC standard technology for multiple transmission paths. A dynamic local disparity vector estimation algorithm is used to reflect the motion shift component between stereo views in the inter-layer prediction stage of the SVC encoder. To improve the coding efficiency, an adaptive search scheme based on distortion rates (DRs) between corresponding and reference macroblocks is used. Based on experimental results, up to 1.41 dB of quality improvement using JSVM 9.19 reference software is verified.     

一种通用的视频传输端到端失真度估算方法

在综合考虑差错扩散、差错掩盖策略及信道误码率的基础上,从像素级对端到端的视频传输差错扩散失真情况进行了分析,根据帧间相关系数和掩盖比率,提出了一种适用于各种时域差错掩盖方法的通用传输失真度估算模型.基于包丢失的仿真实验表明,该模型能够较好地近似估计出差错扩散失真情况,可以适应于各种不同的时域掩盖方法.实验还显示,基于该模型的宏块编码模式的帧内更新选择,与传统的R-D模式帧内更新算法相比,达到了较好地抑制差错扩散的效果,可适用于多种时域掩盖方法.     

Wyner-Ziv视频编码中边信息估计改进算法

首先简要介绍了分布式编码基本原理和一种典型的分布式编码方案——Wyner-Ziv视频编码。然后在Wyner-Ziv视频编码中提出了一种改进边信息估计算法,该算法中运动估计采用加权MAD准则。实验仿真结果表明,采用该文算法得到的运动矢量场更为准确,同时在相同输出码率时PSNR比原始算法平均提高0.7 dB。     

频率域Wyner-Ziv视频编码算法的改进

为提高分布式视频编码压缩率,依据无线传感网络终端设备及Wyner-Ziv视频编码特点,针对Bernd Girod的频域Wyner-Ziv视频编码方案提出改进算法。该算法在编码端通过简单DCT运算提出将图像块分为Skip模式、低频模式和全频模式三种可选模式,在解码端根据相应的编码模式分别选择平均插值、自适应搜索运动估计插值和自适应搜索精细运动估计插值的边信息估算方法联合解码。该算法既能通过消除大量的帧间预测与熵编码实现低码率传输,又能以最小的解码代价获得更精确的边信息,从而有效地避免图像解码质量下降。实验结果表明,在相同峰值信噪比情况下,该算法的码率比Bernd Girod提出的频域Wyner-Ziv算法平均下降40%。     

二值alpha平面辅助的视频对象快速运动估计算法

提出了一种任意形状视频对象的快速运动估计方法.详细分析了alpha平面在视频对象的快速运动估计过程中起到的指导性作用,采用边界扩展和边界掩码技术,提出了一种新的二值alpha平面匹配衡量准则WBAMC (weighted binary alpha-plane matching criterion).结合优先搜索策略,提出了二值alpha平面辅助的视频对象快速运动估计算法BAAME(binary alpha-plane assisted motion estimation),.首先,利用alpha平面和WBAMC准则,将边界宏块的搜索范围缩小至两个搜索起点的单调区域,再采用传统的快速运动估计算法确定其运动向量;然后,用边界宏块的运动向量预测内部宏块的搜索起点;最后,采用快速运动估计算法搜索内部宏块的运动向量.这种方法可与多种空间域和频率域运动估计算法相结合,有效地应用于基于对象的视频编码器中.实验结果表明,对于多种类型的标准测试视频流,BAAME算法始终能够保持较高的估计精度和主观质量,运动补偿的平均PSNR(peak signal-to-noise ratio)较DS(diamosd search)和PSA(pdoety search algorithm)(BAAS(binary alpha-plant assisted search) DS)高出0.1dB～0.SdB,略低于FS(full search),但是其计算复杂度与FS相比降低了20倍.     

H.264中1/4像素运动估计快速算法的比较

高精度的匹配和补偿可以减少预测误差,提高视频图像的压缩效果。论文提出了一种纯比较式的快速半像素运动估计算法,把平均搜索点数降低到2,而重建图像的质量接近于现有的一些快速半像素运动估计算法。实验证明,新算法通过进行多阶亚像素运动估计,可以达到高精度的运动矢量,对H.264的1/4像素精度运动矢量估计有明显的效果。     

基于图形信息的HEVC帧间预测快速算法

由于最新的视频编码标准HEVC（high efficiency video coding）应用四叉树的递归结构进行编码单元的划分,使得帧间预测的过程极为复杂,编码的时间效率比较低下。针对HEVC帧间预测过程,提出了一种基于纹理信息和稳定区域检测的快速算法,旨在检测出相对平坦的区域和随时间变化较稳定的区域,来提前终止四叉树的编码单元的划分。这些平坦或者稳定的区域用较大的编码预测单元就能进行比较准确的运动估计和预测,不需要再进行更小编码预测单元的划分,因此HEVC编码器的时间复杂度大幅度降低。实验结果表明,改进后的算法编码时间平均节省了34%左右,并且造成的视频质量损失非常低,有0.038 dB的PSNR下降和0.56%的码率增加。     

跳帧转码的运动矢量合成研究

由于终端设备、通信网络的异构性，视频服务需要提供跳帧转码功能，而直接使用输入码流运动矢量的视频跳帧算法导致视频质量下降严重．在前向主导运动矢量选择算法的基础上，讨论了运动矢量合成时运动矢量越界和主导帧内块不同处理方法对视频质量的影响，提出基于帧内刷新结构的前向主导运动矢量选择算法．实验结果表明，该算法可以有效阻断错误漂移，降低码率，提高视频质量．