The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

A Video Encoding Scheme using Adaptive Spatial Resolution Control for Mobile Video Applications

모바일 비디오 응용을 위한 적응적 공간 해상도 제어 인코딩 기법

  • 이희정 (서울대학교 전기컴퓨터공학부 컴퓨터시스템 연구실) ;
  • 이용희 (서울대학교 전기컴퓨터공학부 컴퓨터시스템 연구실) ;
  • 이정훈 (서울대학교 전기컴퓨터공학부 컴퓨터시스템 연구실) ;
  • 신현식 (서울대학교 전기컴퓨터공학부 컴퓨터시스템 연구실)
  • Published : 2009.07.31
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Abstract

Video streams for mobile video streaming can be encoded to fit the available network bandwidth by controlling three factors: temporal resolution, spatial resolution, and picture quality. The controlling of picture quality by modifying the quantization parameter (QP) is most widely used. In this paper, we demonstrate that reducing the spatial resolution adaptively can be more efficient in terms of picture quality and energy consumption in low bit-rate environment, and present a model to find the optimal spatial resolution for the available bandwidth. Adaptive spatial resolution control scheme is especially effective when the bandwidth between the video server and the mobile device varies considerably with time, and when the mobile device is sensitive to energy consumption. Our scheme can improve the picture quality by approximately O.5dB and reduce energy consumption by more than 50% compared to the conventional video coding in low bit-rate environment.

모바일 비디오 스트리밍을 위해 비디오 스트림들을 사용가능한 대역폭에 맞추면서 인코딩을 하기 위해서 시간 적 해상도, 공간적 해상도, 화면 화질의 세 가지 요소를 가지고 조절할 수 있는데, 그 중에서도 양자화 파라미터 (quantization parameter)를 가지고 화변 화질을 조절하는 것이 가장 널리 사용되고 있는 방법이다. 그러나 본 논 문에서는 낮은 대역폭 환경에서는 적응적으로 공간적 해상도를 변경하는 것이 화면 화질이나 에너지 소모량 면에서 더 효율적이라는 것을 보이고, 사용 가능한 대역폭에 대해서 최척의 공간적 해상도를 찾기 위한 모델을 제시 한다. 적응적 공간 해상도 제어 기법은 비디오 서버와 모바일 기기 간의 대역폭이 심하게 변화거나, 모바일 기기가 에너지 소모에 민감한 상황에서 특히 효과적이다. 본 기법은 낮은 비트율 상황에서 기존의 방법에 비해 화질을 약 0.5dB 만큼 개선하고, 에너지 소모를 50% 이상 줄일 수 있다.

Keywords

References

  1. J. Ribas-Corbera and S. Lei, "Rate Control in DCT video coding for low-delay communications," IEEE Trans. Circuit Syst. Video Technol., vol. 9, pp. 172-185, Feb. 1999. https://doi.org/10.1109/76.744284
  2. S. Ma, W. Gao, and Y. Lu, "Rate-distortion analysis for H.264/AVC video coding and its application to rate control,"IEEE Trans. Circuit Syst. Video Technol., vol. 1, pp. 1533-1544, Dec. 2005.
  3. J. Kim, Y.-G. Kim, H. Song, T.-Y. Kuo, Y. J. Chung, and C.-C. J. Kuo, "TCP-friendly Internet video streaming employing variable frame rate encoding and interpolation,"IEEE Trans. Circuit Syst. Video Technol., vol. 10, pp. 1164-1177, Oct. 2000. https://doi.org/10.1109/76.875520
  4. H. Song and C.-C. J. Kuo, "Rate control for low-bit-rate video via variable encoding frame rates," IEEE Trans. Circuit Syst. Video Technol., vol. 11, pp. 512-520, Apr. 2001. https://doi.org/10.1109/76.915357
  5. Y. Yuan, D. Feng and Y. Zhong, "Fast adaptive variable frame-rate coding," IEEE Vehicular Technol. Conf., pp. 2734-2738, 2004. https://doi.org/10.1109/VETECS.2004.1391418
  6. D. Son, C. Yu, and H. Kim, "Dynamic voltage scaling on MPEG decoding," Int'l Conf. Parallel and Distributed Systems, 2001.
  7. S. Park, Y. Lee, J. Lee, and H. Shin, "Quality-adaptive Requantization for lowenergy MPEG-4 video decoding in mobile devices," IEEE Trans. Consumer Electron., vol. 51, pp. 999-1005, Aug. 2005. https://doi.org/10.1109/TCE.2005.1510514
  8. M. Mesarian and Y. Turner, "Reduced energy decoding of MPEG streams," ACM/Springer Multimedia Systems Journal, vol. 9, pp.202-213, Aug. 2003. https://doi.org/10.1007/s00530-003-0090-7
  9. "Information technology–Coding of Audio -visual Objects–Part 2: Visual,"International Organization for Standardization, ISO/IEC 14496-2:1999 /Amd.1:2000(E), Jul. 2000.
  10. G. Cote, B. Erol, M.Gallant, and F. Kossentini, "H.263+: video coding at low bit rates,"IEEE Transs. Circuit Syst. Video Technol., Technol., vol. 8, no. 7, pp. 849-866, Nov. 1998.
  11. Joint Draft ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10/Amd.3 Sclable video coding, ISO/ IEC JTC1/SC29/WG11 and ITU-T SG16 Q.6, 2007.
  12. Draft ITU-Recommendation and FDIS of Joint Video Specification (ITU-T Rec. H.264 - ISO/IEC 14496-10 AVC), ISO/IEC JTC1/SC29 /WG11 and ITU-T SG16 Q.6, 2003.
  13. T. M. Cover and J. A. Thomas, Elements of Information Theory. New York: Wiley, 1991.
  14. T. Chiang and Y. Q. Zhang, "A new rate control scheme using quadratic distortion model," IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 7, no. 1, pp. 246 - -250, Feb. 1997 https://doi.org/10.1109/76.554439
  15. N. Kamaci, Y. Altunbasak, and R. M. Mersereau, "Frame Bit Allocation for the H.264/AVC Video Coder Via Cauchy-Density-Based Rate and Distortion Models," IEEE Trans. Circuit Sys. Video Technol., vol. 15, pp. 994-1006, Aug. 2005 https://doi.org/10.1109/TCSVT.2005.852400
  16. P. Shenoy and P. Radkov, "Proxy-assisted power-friendly streaming to mobile devices," Multimedia Computing and Networking (MMCN), 2003 https://doi.org/10.1117/12.483909
  17. I.-C. L. Chu-Hsing Lin, Cun-Wei Liao, "Energy analysis of multimedia video decoding on mobile handheld devices," Int. Conf. Multimedia and Ubiquitous Engineering (MUE), 2007.