Complexity-aware video coding methods for resource-constrained decoders

Abstract

Esta tesis aborda el problema de reducir y compensar la complejidad de la decodificación de la señal de video mediante la adaptación dinámica del proceso de codificación sin comprometer demasiado la eficacia de la misma. En este contexto, la codificación de video sensible a la complejidad está siendo investigada desde hace pocos años, particularmente sobre los codecs de vídeo estándar como el ampliamente utilizado H.264/AVC (Advanced Video Coding) y su sucesor, el emergente HEVC (High Efficiency Video Coding). Este último consigue mejorar significativamente la calidad del video, a expensas de una complejidad computacional creciente, tanto en el codificador como en el decodificador. La investigación efectuada en esta tesis ha producido tres contribuciones científicas. La primera se basa en un mecanismo de codificación capaz de generar flujos de video H.264/AVC video con reducida complejidad de decodificación. La segunda contribución aborda retos relevantes presentes en las VSN (Video Sensor Networks), resolviendo la utilización del ancho de banda y las restricciones de consumo energético y tiempo de procesamiento. La tercera contribución presenta una investigación sobre la complejidad del codec HEVC y desarrolla un modelo para este decodificador estándar basado en sus unidades de codificación fundamentales. Globalmente, el trabajo realizado y los resultados conseguidos en esta tesis, contribuye al avance del conocimiento en el área de la codificación de vídeo sensible a complejidad, particularmente enfocada sobre los codecs de video estándares más recientes.

This thesis addresses the problem of reducing and balancing video decoding complexity by dynamically adapting the coding process without compromising too much the coding efficiency. In this context, complexity-aware video coding has been under investigation in the last few years, particularly targeting standard video codecs like the widely used H.264/AVC (Advanced Video Coding) and its successor, the emerging HEVC (High Efficiency Video Coding). The latter achieves significant improvements in video quality, at the expense of greatly increased computational complexity at both the encoder and the decoder. The research work carried out in the scope of this thesis comprise three main scientific contributions to the generic problem mentioned above. First contribution is based on a coding mechanism which is able to generate H.264/AVC video streams with reduced decoding complexity. Second contribution addresses the most relevant challenges posed by VSN (Video Sensor Networks), namely stringent bandwidth usage and processing time/power constraints. The third contribution presents an investigation about decoding complexity of HEVC and develops a model for this standard decoder based on its fundamental coding units (CU). Overall the work done and results achieved in this thesis contribute to advance the current state of the art in the field of complexity-aware video coding, particularly focused on the most recent standard video codecs.