Controle Adaptativo de Complexidade do Codificador AV1 baseado em Frente de Pareto e Aprendizado de Máquina.
Resumo
Os codificadores, responsáveis pela compressão dos vídeos digitais, viabilizam
a utilização deste tipo de mídia, pois reduzem a taxa de dados, mantendo a qualidade
da imagem. O contínuo desenvolvimento e as melhorias dos padrões de codificação
de vídeos digitais são essenciais para impulsionar aplicativos baseados neste tipo
de mídia, fazendo com que o mercado, constantemente, procure novos algoritmos e
padrões de codificação que alcancem alta eficiência de compressão. Diante deste
cenário, a AOM (Alliance for Open Media) desenvolveu o AV1 (AOMedia Video 1),
codificador de vídeo com uma alta taxa de compressão. No entanto, as ferramentas
avançadas e os aprimoramentos presentes no AV1 apresentam um alto custo computacional,
acarretando um elevado tempo de codificação. Diante disso, o principal
objetivo deste trabalho é contribuir com estratégias para o controle adaptativo de
complexidade do codificador AV1, visando otimizar a relação entre tempo e eficiência
de codificação para vídeos de resolução HD 1080 e UHD 4K. Para isso, um estudo
sobre a complexidade do codificação do AV1 foi realizado, onde diferentes os pontos
de controle foram obtidos a partir da análise de parâmetros de codificação do AV1. A
partir disso, a Versão Baseline do controlador foi desenvolvida e usada para avaliar
a viabilidade do desenvolvimento do controlador adaptativo de complexidade AV1.
Visando o aperfeiçoamento da capacidade de controle dinâmico do controlador, uma
nova versão do controlador foi desenvolvida, chamada de CCAM. Nela, modelos de
aprendizado de máquina foram utilizados para a predição do tempo de codificação e
classificação do vídeo de entrada conforme suas características. Os resultados de
erro médio obtidos com controlador CCAM variam de 0,11 a 1,88 pontos percentuais
na resolução HD 1080 e de 0,14 a 3,33 pontos percentuais na resolução UHD 4K,
para uma faixa de redução de tempo de codificação de 10% a 70%. Já os valores de
BD-Rate médio, obtidos para controlador CCAM nas resoluções HD 1080 e UHD 4K,
encontram-se entre 2,63% e 54,57% e 2,08% e 38,30%, respectivamente. Além disso,
resultados de uma avaliação subjetiva de qualidade apontam uma mínima degradação
na qualidade subjetiva das sequências comprimidas a partir do controlador CCAM
desenvolvido. Cabe destacar ainda que os controladores propostos nesta tese são as
primeiras soluções existentes na literatura para o controle adaptativo de complexidade
do codificador AV1.
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