Diseño de un sistema de reducción de complejidad para codificación de vídeo

Actualmente, la gran popularidad alcanzada por las aplicaciones que emplean servicios de vídeo, como las videoconferencias, o la creciente demanda de la alta definición, ya sea para la televisión o para dispositivos móviles, ha producido que la codificación de vídeo se convierta en una herramienta vital en el desarrollo de las nuevas tecnologías con el objetivo de transmitir y almacenar de forma eficiente secuencias de vídeo digital. Desde la década de los años 90, los organismos de estandarización se han encargado de desarrollar diferentes estándares de codificación de vídeo, el último de ellos se denomina HEVC. Este estándar alcanza una capacidad de compresión superior a todos los estándares previos gracias al uso de un conjunto de técnicas novedosas. No obstante, la utilización de dichas técnicas tiene como inconveniente un incremento relevante de la carga computacional producida en el proceso de codificación. En relación con este hándicap, en los últimos años se han elaborado numerosos métodos con el fin de reducir la complejidad en el proceso de codificación sin que esto implique un decremento significativo de la calidad visual o la eficiencia de compresión. En este trabajo se propone un algoritmo cuyo objetivo es reducir la complejidad asociada al estándar HEVC. El método propuesto se basa en dividir el cuadro en diferentes regiones independientes y, tras analizar las propiedades estadísticas específicas de cada región, aplicar un test de hipótesis que nos permitirá decidir el número de recursos de codificación a utilizar en cada una de ellas. Una característica esencial de nuestra propuesta será su capacidad de adaptación a lo largo del proceso de codificación a las características intrínsecamente variables de las secuencias de vídeos, teniendo en cuenta la variedad de contenido que podremos encontrar en secuencias diferentes e, incluso, los cambios habituales de contenido a lo largo de una misma secuencia. Con todo ello, puede reducirse la complejidad del codificador de vídeo de forma notable, sin producir grandes pérdidas de eficiencia de compresión. El método propuesto ha sido examinado de manera exhaustiva y se ha comparado con otros sistemas del estado del arte, empleando para ello un conjunto formado por una gran cantidad de secuencias de contenido diverso y diferentes resoluciones, comprobando que obtiene mejores resultados que los métodos comparados.Currently, the great popularity of applications employing video services such as video conferencing, or the increasing demand for high definition, either for television or for mobile devices, has produced the video encoding becomes a tool essential in the development of new technologies to transmit and efficiently store digital video sequences. Since the early 90s, standardization organizations have been commissioned to develop different video coding standards, the last one is called HEVC. This standard achieves higher compression capacity above all previous standards through the use of a set of novel techniques. However, the use of these techniques has the drawback a relevant increase in the computational load produced in the encoding process. In connection with this issue, in recent years numerous methods have been developed in order to reduce complexity in the encoding process without implying a significant decrease in visual quality and compression efficiency. This paper presents an algorithm which aims to reduce the complexity associated with HEVC standard. The proposed method is based on dividing the frame into several independent regions and, after analyzing the specific statistical properties of each region, apply a hypothesis test that will allow us to decide the number of coding resources to use in each region. An essential feature of our proposal will be its ability to adapt along the coding process to the inherently variable characteristics of video sequences, taking into account the variety of content that can be found in different sequences and even the usual changes included along one sequence. With all of this, the complexity of the video encoder can be reduce significantly, without causing great loss of compression efficiency. The proposed method has been examined thoroughly and compared with other systems of the state of the art, employing a set consisting of a large number of sequences of different contents and different resolutions, ensuring that outperforms the methods compared.Ingeniería de Sistemas Audiovisuale