一种基于数据挖掘的高效自适应的视频转码系统技术方案

本申请公开了一种基于数据挖掘的高效自适应的视频转码系统、以及方法，该方法包括以下步骤：步骤1、输入第一压缩标准的待转码的视频；步骤2、对所述待转码的视频进行解码，生成待编码的视频，并提取每个视频帧的每个宏块的解码信息；步骤3、将所提取的解码信息输入到编码宏块模式决策树，通过编码宏块模式决策树来确定待编码的视频的每个视频帧的每个宏块将采用的编码宏块模式；步骤4、根据所确定的编码宏块模式、以及每个宏块的运动矢量，对待编码的视频的每个视频帧的每个宏块进行第二压缩标准的编码，从而将待编码的视频编码为第二压缩标准的转码后的视频。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据挖掘的高效自适应的视频转码系统
本专利技术属于视频编码、视频转码领域，尤其涉及基于数据挖掘的高效自适应的视频转码系统，其可以对不同编码格式、不同码率、不同分辨率的视频进行解码，并重新编码，从而转码至满足需求的编码格式、码率及分辨率的视频。
技术介绍
现有技术一的技术方案现有技术一中实现的是等分辨率下MPEG-2/H.263→H.264的低复杂度的视频转码技术，它利用机器学习的方法找到MPEG-2/H.263的解码信息与H.264编码信息之间的联系，从而建立起编码端快速编码的机制，实现快速转码过程。现有技术一假设解码端MPEG-2/H.263宏块的CBP、编码模式、均值及方差与编码端H.264宏块的编码模式存在某种关联，利用WekaJ48分类器训练这些数据并得到决策树。图1、2示出了以MEPG→H.264为例的视频转码过程。将宏块模式决策树应用在实际MPEG-2/H.263→H.264转码过程中，从解码器实时获得宏块的残差信息、CBP、编码模式，将其传递到编码器端，通过决策树快速判决编码的宏块模式，而不需要全解全编，从而减少了转码复杂度。现有技术一的缺点1.针对较小分辨率的视频序列可以取得较好的质量和比特率之间的平衡，针对大视频以及清晰度较好的视频，取得近似图像质量情况比特率波动较大。2.只利用单一量化参数（QP=25）的决策树模型实现转码流程，在实际转码中，每个视频帧中宏块的QP都是不同的，利用QP=25的决策树模型对于QP在25附近的待转码视频的转码效果较好，但是对偏离25较远的QP视频的转码效果不好。这是因为在应用决策树模型时需要对训练的模型中的阈值进行调整，这时用到量化因子。QP=25时，量化因子为1；QP大于25时，每增加1量化因子下降12.5%；QP小于25时，每下降1量化因子增长12.5%所以当实际待转码视频QP远离25时，量化因子的作用较大，不能很好与QP=25的决策树模型匹配。因此单一QP决策树的适应范围不广泛。现有技术二的技术方案现有技术二实现的是等分辨率下MPEG-2→H.264的视频转码技术。技术二同样利用解码端的残差信息、CBP、编码模式，对编码端宏块模式进行决策。与现有技术一不同的是，现有技术二使用Jrip分类器对宏块模式进行分类，决策树的结构如图3所示。首先在节点1利用Jrip分类方法将宏块模式分为2类，分别是节点2和节点3。然后节点2进行宏块模式的遍历，节点3利用Jrip分为2类，一类是8×8，一类是节点4所包含的宏块模式。最后对节点4进行剩下3种宏块模式的遍历。Jrip方法得到决策树的形式是一条条规则语句，而不是二叉树的形式，简化了决策树的代码，具有较好的移植性。将实现的Jrip训练结果应用到转码过程中，可以实现快速转码。现有技术二的缺点1.仅节点1和节点3用到了Jrip分类器，节点2和节点4是用原始H.264的全解全编技术，所以有待进一步改进。2.只利用单一量化参数（QP=25）的决策树实现转码流程，对待QP在25附近的待转码视频的转码效果较好，但是待转码视频QP偏离25较远的转码会出现欠拟合（效果不好），因此单一QP决策树的适应范围不广泛。为了避免使本说明书的描述限于冗繁，将有关上述
技术介绍
的以下参考文献通过引用而全文合并于此。1、Fernández-Escribano,G.,Bialkowski,J.,Gámez,J.A.,Kalva,H.,Cuenca,P.,Orozco-Barbosa,L.,Kaup,A.Low-ComplexityHeterogeneousVideoTranscodingUsingDataMining.IEEETransactiononMultimedia,2008；2、Fernández-Escribano,H.Kalva,J.L.Martinez,P.Cuenca,AnMPEG-2toH.264videotranscoderinthebaselineprofile.IEEETransactiononMultimedia,2010。
技术实现思路
现有技术方案一中采用的宏块模式决策树是单一的(决策树的QP=25)，在实际转码应用中，单一决策树的适应性不强。因为编码器在视频编码过程中，当待转码视频的QP与单一QP（25）相差较多时，实际转码时获得的残差信息与模型的残差信息一致性较差，那么就不能很好的适应单一QP模型。在本专利技术中，训练三个不同QP(16、25、36)的宏块模式决策树，三个决策树可以更好地适应不同QP范围（常用范围QP=12-40）内视频转码策略。在实际转码中，可以根据输入视频每帧每个宏块QP的大小，自适应地选择最佳的决策树判决模型，不但减少了转码时间，而且有效地减少了转码质量的下降。视频转码器的性能与决策树的优劣有关。为了更好地降低转码时间，并且保证转码质量不会大幅下降，本专利技术采用联合J48分类器和Jrip分类器，实现对模型的构建。J48分类器对于较小分类数据集的训练性能良好，但是对较多分类数据集的训练结果庞大；Jrip分类器对于数据集的分类准确率较高，而且训练得到的训练结果具有很强的代码书写能力和可移植性。结合两种分类器的优势，视频转码的性能可以得到提升。为了进一步提高视频转码器的性能，本专利技术提出了一种基于宏块模式和运动矢量级联决策树的高效自适应视频转码技术，即在转码过程的编码端，利用宏块模式决策树快速选择编码所用的宏块模式，在选定的宏块模式基础上，利用训练好的运动矢量决策树快速选择当前编码块的运动矢量。由于快速选择宏块模式代替了所有宏块模式的遍历，同时运动矢量的快速判决代替了大范围内的运动搜索过程，因此，新提出的级联决策树的方法大大地改善了现有视频转码器的性能，是一种新的方法。本专利技术利用级联决策树的方法不但实现了等分辨率下的视频转码技术，而且实现了降分辨率下的视频转码技术，能够满足不同终端设备的需求。同时，本专利技术可以根据视频转码前后码率的不同比率选择不同QP决策树的转码流程，不但保证了高码率下视频的转码质量，而且改善了低码率下转码器的性能。简而言之，本专利技术实现了一种基于数据挖掘的高效自适应的视频转码器，主要完成的是MPEG-2→H.264转码技术和H.263→H.264转码技术。相对于以往同类技术来讲，本专利技术采用多决策树的方法，在维持基本相同的转码速度的情况下，能够良好地改善转码后视频的主观质量。根据本专利技术的实施例，提供了一种基于数据挖掘的高效自适应的视频转码方法，包括以下步骤：步骤1、输入第一压缩标准的待转码的视频；步骤2、对所述待转码的视频进行解码，生成待编码的视频，并提取每个视频帧的每个宏块的解码信息；步骤3、将所提取的解码信息输入到编码宏块模式决策树，通过编码宏块模式决策树来确定待编码的视频的每个视频帧的每个宏块将采用的编码宏块模式；步骤4、根据所确定的编码宏块模式、以及每个宏块的运动矢量，对待编码的视频的每个视频帧的每个宏块进行第二压缩标准的编码，从而将待编码的视频编码为第二压缩标准的转码后的视频。本专利技术的有益效果主要在于以下几个方面：①在改善转码质量的基础上，采用基于宏块模式和运动矢量的级联决策树判决方法，进一步提高转码效率，提高转码器的性能；②不但能够实现MPEG-2/H.263→H.264本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数据挖掘的高效自适应的视频转码方法，包括以下步骤：步骤1、输入第一压缩标准的待转码的视频；步骤2、对所述待转码的视频进行解码，生成待编码的视频，并提取每个视频帧的每个宏块的解码信息；步骤3、将所提取的解码信息输入到编码宏块模式决策树，通过编码宏块模式决策树来确定待编码的视频的每个视频帧的每个宏块将采用的编码宏块模式；步骤4、根据所确定的编码宏块模式、以及每个宏块的运动矢量，对待编码的视频的每个视频帧的每个宏块进行第二压缩标准的编码，从而将待编码的视频编码为第二压缩标准的转码后的视频。

【技术特征摘要】
1.一种基于数据挖掘的高效自适应的视频转码方法，包括以下步骤：步骤1、输入第一压缩标准的待转码的视频；步骤2、对所述待转码的视频进行解码，生成待编码的视频，并提取每个视频帧的每个宏块的解码信息；步骤3、将所提取的解码信息输入到编码宏块模式决策树，通过编码宏块模式决策树来确定待编码的视频的每个视频帧的每个宏块将采用的编码宏块模式；步骤4、根据所确定的编码宏块模式、以及每个宏块的运动矢量，对待编码的视频的每个视频帧的每个宏块进行第二压缩标准的编码，从而将待编码的视频编码为第二压缩标准的转码后的视频，其中，所述编码宏块模式包括以下模式：Intra、16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4、skip，其中16×16、16×8、8×16构成第一大类，8×8、8×4、4×8、4×4构成第二大类，其中，在所述步骤3之后，还包括以下步骤：步骤3-1、如果所确定的某个宏块将采用的编码宏块模式属于16×16、16×8、8×16和8×8中的一个，则将所提取的解码信息以及运动矢量信息输入到所述运动矢量决策树，通过所述运动矢量决策树来确定待编码的视频的每个视频帧的每个宏块的运动矢量；步骤3-2、如果所确定的某个宏块将采用的编码宏块模式不属于16×16、16×8、8×16和8×8中的一个，则通过运动估计和运动搜索方式确定待编码的视频的每个视频帧的每个宏块的运动矢量。2.如权利要求1所述的视频转码方法，其中，所述第一压缩标准是MPEG-2或H.263压缩标准，所述第二压缩标准是H.264压缩标准，所述待编码的视频是YUV格式的视频，所述解码信息包括每个视频帧的每个宏块的残差信息、以及编码块模式信息。3.如权利要求2所述的视频转码方法，其中，在所述步骤2中，还需要提取每个视频帧的每个宏块的运动矢量信息。4.如权利要求3所述的视频转码方法，其中，所述运动矢量信息包括水平运动矢量信息和垂直运动矢量信息。5.如权利要求1所述的视频转码方法，其中，在所述步骤2中，还提取每个视频帧的每个宏块的量化参数，并且，在所述步骤3中，如果所提取的量化参数的值为12～21，则所述编码宏块模式决策树是第一编码宏块模式决策树，如果所提取的量化参数的值为22～30，则所述编码宏块模式决策树是第二编码宏块模式决策树，如果所提取的量化参数的值为31～40，则所述编码宏块模式决策树是第三编码宏块模式决策树，并且，其中，所述第一至第三编码宏块模式决策树分别对应于不同量化参数16、25、36。6.如权利要求1或5所述的视频转码方法，在所述步骤3中，如果所提取的量化参数的值为12～21，则所述运动矢量决策树是第一水平运动矢量决策树和第一垂直运动矢量决策树，如果所提取的量化参数的值为22～30，则所述运动矢量决策树是第二水平运动矢量决策树和第二垂直运动矢量决策树，如果所提取的量化参数的值为31～40，则所述运动矢量决策树是第三水平运动矢量决策树和第三垂直运动矢量决策树，并且，其中，所述第一至第三水平运动矢量决策树分别对应于不同量化参数16、25、36，所述第一至第三垂直运动矢量决策树分别对应于不同量化参数16、25、36。7.如权利要求1所述的视频转码方法，其中，当待转码的视频的码率和通过预编码确定的转码后视频的码率的比值小于第一阈值时，所述编码宏块模式决策树是第一编码宏块模式决策树，当所述比值不小于第一个阈值且小于第二个阈值时，所述编码宏块模式决策树是第二编码宏块模式决策树，当所述比值不小于第三个阈值时，所述编码宏块模式决策树是第三编码宏块模式决策树，并且，其中，所述第一至第三编码宏块模式决策树分别对应于不同量化参数16、25、36。8.如权利要求1或5所述的视频转码方法，其中，在所述步骤3中，当待转码的视频的码率和通过预编码确定的转码后视频的码率的比值小于第一阈值时，所述运动矢量决策树是第一水平运动矢量决策树和第一垂直运动矢量决策树，当所述比值不小于第一个阈值且小于第二个阈值时，所述运动矢量决策树是第二水平运动矢量决策树和第二垂直运动矢量决策树，当所述比值不小于第三个阈值时...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄伯金，董海丰，苏菲，赵衍运，赵志诚，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11