Design, Entwicklung und Evaluation eines Low-Motion Videocodecs

Überblick

Etablierte Video-Codecs setzen heute durchgängig auf das von MPEG bekannte hybriden Verfahren, bei dem Videos in räumlich komprimierte Stützbilder und davon abhängige, durch Bewegungserkennung und -Kompensation gewonnene Differenzbilder kodiert werden. Diese hybride Kodierung liefert für die meisten Videos sehr gute Ergebnisse. Auch künftige Codecs wie H.264 beruhen auf dieses Verfahren und erhöhen die Effizienz durch Verfeinerung der eingesetzten Werkzeuge, wobei die Bewegungskompensation die höchsten Potentiale, aber auch die bei weitem höchste Komplexität mit sich bringt. So wird beispielsweise bei der MPEG4-Visual Codierung gewöhnlich über 80% der Rechenzeit für diesen Schritt verwendet.

Oft gibt es jedoch Situationen, in denen Bewegungskompensation nicht sinnvoll oder erwünscht ist. Hier seien die vom IBR angebotenen Vorlesungsvideos zu nennen, die mit XviD kodiert werden aber praktisch nur aus I-Frames und I-Makroblöcken bestehen. Auch ist zu vermuten, dass in einer recht statischen Umgebung, wie z.B. einem Vortrag oder einer Nachrichtensendung, die Bewegungserkennung wenig zur Effizienz beiträgt. Die Abhängigkeit von vielen referenzierten Frames erschwert weiterhin die Behandlung von Paketverlusten beim Videostreaming in verlustbehafteten Netzen, so dass die zusätzlich zu übertragenden Daten für die Absicherung gegen Verluste die hohe Effizienz der Bewegungskompensation teilweise zunichte machen.

Im Rahmen dieser Studienarbeit soll ein einfacher Videocodec entwickelt werden, der auf Bewegungskompensation verzichtet und stattdessen zeitliche Änderungen räumlich kodiert. Mit dem Prototypen soll die Effizienz im Vergleich zu aktuellen Videocodecs, beispielsweise XviD, untersucht und mögliche Einsatzszenarien herausgestellt werden.

Aufgabenstellung

Es ist ein Videocodec zu entwickeln, der in Anlehnung an das MPEG-Schema Stützbilder als I-Frames kodiert und bei zeitlicher Veränderung des Bildinhaltes die modifizierten Makroblöcke als Ganzes behandelt. Die Schwelle, wieviel Änderung in einem Makroblock zu einer Kodierung führt und ob und wann I-Frames eingefügt werden, soll parametrisierbar sein. Um auch Folienvideos effizient bearbeiten zu können, soll ein verlustloser Modus wählbar sein, in dem die Umwandlung der Bilddaten in die Frequenzdomäne und die Quantisierung umgangen werden.

Die Effizienz des entwickelten Codecs soll evaluiert und mit XviD verglichen werden. Die Stärken und Schwächen des Verfahrens sollen demonstrieren und im Ergebnis die Eigenschaften der Videos definieren, für die der entwickelte Codec effizient angewandt werden kann. Vom IBR werden hierfür einige Testsequenzen zur Verfügung gestellt, die Folienvideos, Vorträge und Werbefilme enthalten und durch eigene Sequenzen ergänzt werden können.

Links

• Aufgabenbeschreibung als PDF-Datei.
• Ausarbeitung als PDF-Datei.
• Vortragsfolien als PDF-Datei.
• Sourcecode als ZIP-Datei.