Improved Intra-prediction for Video Coding.

Transcripción

1 Universidad Autónoma de Madrid Escuela Politécnica Superior Improved Intra-prediction for Video Coding. Anteproyecto Marta Merlo Serrano Tutor: Ebroul Izquierdo Ponente: José María Martínez Sánchez Madrid, Septiembre

2 Índice Introducción... 3 Motivación y Objetivos... 3 Metodología y Plan de trabajo... 4 Medios a utilizar... 5 Bibliografía:

3 Introducción High Efficiency Video Coding (HEVC) es el estándar de codificación de video más reciente de la Recomendación UIT-T Video Coding Experts Group (VCEG) e ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG). El objetivo principal de dicho estándar es mejorar la tasa de compresión en relación a los estándares existentes, reduciendo un 50% el bit-rate para la misma calidad perceptual de vídeo que su predecesor H.264/MPEG-4 AVC. Con motivo de una creciente diversidad de los servicios, de la popularidad del vídeo de alta definición, y la aparición de formatos más allá del HD, se necesita mayor eficiencia de codificación a las capacidades de H.264/MPEG-4 AVC. Además, el tráfico causado por las aplicaciones de vídeo de los dispositivos móviles y Tablets PC, así como las necesidades de transmisión para servicios de video-on-demand, están imponiendo graves problemas en las redes de hoy en día. HEVC ha sido diseñado para abordar esencialmente todas las aplicaciones existentes de H.264/MPEG-4 AVC y prestar especial atención a tres cuestiones fundamentales: el aumento de resolución de vídeo, la facilidad de integración del sistema de transporte y un mayor uso de las arquitecturas de procesamiento paralelo. Motivación y Objetivos HEVC emplea un enfoque híbrido para lo codificación de video (predicción inter-/intrapicture y 2-D codificación por transformada). La siguiente figura representa el diagrama de bloques de un codificador de vídeo híbrido, que podría crear un tren de bits conforme a la norma HEVC. 3

4 Este proyecto se va a centrar en el bloque Intra-Picture Prediction (marcado en rojo), que consiste en predecir el bloque (tamaño desde 4x4 a 32x32) con el modo más probable y usando como referencia información de los bloques vecinos. Soporta tres modos distintos, el modo angular con 33 diferentes direcciones (comparado con los ocho modos en H.264/MPEG-4 AVC), el modo planar (rellena cada muestra del bloque mediante una sucesiva interpolación de las muestras de referencia) y el modo DC (rellena cada muestra del bloque con el mismo valor, que suele ser la media de las muestras de referencia). La tasa de bits proporcionada por la codificación intra HEVC se reduce a, con respecto a la tasa de bits proporcionada por la codificación de vídeo H.264/advanced, un 22% en promedio y hasta un máximo de 36%. [5] Los objetivos para este proyecto por tanto son: 1. Mejorar la eficiencia del estándar HEVC para cuadros codificados en modo intra, en codificación de videos. Esto resultará en una reducción de la tasa de bits final manteniendo el mismo nivel de calidad, o en un incremento de la calidad manteniendo la misma tasa de bit, o ambas. 2. Aumentar la precisión de la predicción: los vídeos actuales y los estándares de codificación de imágenes hacen uso de un modelo de predicción, para aprovechar la redundancia dentro del cuadro. Mediante la mejora de la exactitud del modelo de predicción, los errores residuales generados son más pequeños, lo que resulta en una tasa de bit menor o más calidad de la señal codificada. 3. Realizar una mejorar de los modelos matemáticos: la predicción Intra en HEVC, como ya se comentó, hace uso de tres modos: DC, Planar y Angular. Cada modo se basa en un modelo heurístico. El uso de un modelo analítico puede proporcionar una mejor predicción, logrando también una mejor eficiencia de compresión. Metodología y Plan de trabajo Lo primero de todo es recopilar información sobre el tema. Tras ello se realizará una lectura en profundidad del tema, para ampliar los conocimientos sobre el mismo. Para ello se cuenta primero con el libro del estándar anterior, H.264/advanced [3] y con la base de datos de la IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), de donde se obtienen la mayoría de los artículos referenciados posteriormente. Con esta etapa terminada y habiendo adquirido ciertos conocimientos sobre el tema, se procederá a realizar un análisis del estándar HEVC y se utilizará el software de referencia HEVC para realizar una implementación del modo intra para un único cuadro. 4

5 Tras ello se realizará un estudio de los posibles modelos de predicción analítica, y a continuación se realizarán experimentos sobre ello. Por último se realizará evaluación de la técnica propuesta. Medios a utilizar Para la realización del proyecto se contará con diferentes elementos, los cuales serán: Software comercial específico: Se utilizará el software de referencia HEVC (HM versión 10.0). Ordenador: será necesario para utilizar el software anteriormente citado, para realizar consultas en internet y escribir la memoria acerca del proyecto. Se utilizará un lenguaje C++ Bibliografía: [1] Jorn Ostermann, Jan Bormans, Peter List, Detlev Marpe, Matthias Narroschke, Fernando Pereira, Thomas Stockhammer, and Thomas Wedi. Video coding with H.264/AVC: Tools, Performance, and Complecity. IEEE Circuits and Systems Magazine. [2] John R. Smith, IBM, Hari Kalva. The H.264 Video Coding Standard. Published by the IEEE Computer Society [3] Ian E. Richardson. The H.264 Advanced Video Compression Standard. Second Edition ISBN [4] Gary J. Sullivan, Fellow, IEEE, Jens-Rainer Ohm, Member, IEEE, Woo-Jin Han, Member, IEEE, and Thomas Wiegand, Fellow, IEEE. Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard. IEEE Transactions on Circuits and System for Video Technology. [5] Jani Lainema, Frank Bossen, Member, IEEE, Woo-Jin Han, Member, IEEE, Junghye Min, and Kemal Ugur. Intra Coding of the HEVC Standar. IEEE Transactions on Circuits and System for Video Technology. 5