Optimization of coding parameters based on spatiotemporal analysis for the new H.266/VVC video compression standard

In the last years video streaming is becoming more and more present in our dailylife. More and more providers of TV services that until now used different tech-nique to transmit their content, are now switching to streaming. As the yearspassed, the videos become more and more defined, and nowadays 4k videos arethe norm. Unfortunately 4K videos are very heavy in terms of bandwidth re-quirements and therefore a powerful connection is needed in order to see it with agood quality and without interruptions. Streamed videos are coded using differ-ent standards, which are in continuous evolution. As video resolutions increase,new more efficient coding standards are required, so that an increase in resolutiondoes not correspond to a large increase in bitrate. There years have witnessedgreat improvements in codec technologies at the expenses of increased complexi-ties. Nontheless, the impact of video on the global internet is dramatic. As videois now already representing more than 80% of the internet traffic it is therefore ofgreater importance to find coding standards which are always more efficient notto saturate network. In particular this work, first analyzed the performance of thenew standard H.266/VVC, also in comparison with the previous one (H.255/HEVCand H.264/AVC). This first phase allowed to outline how the correct setting of thecoding parameters represents a key element to maximize quality while minimizingrate and coding time. Consequently an algorithm has been developed to analizesome basic spatio-temporal features of the sequence which are then classified indifferent subsets fo each of which an "optimal" set of coding parameters has beenidentified. This thesis work has been performed collaboration with Sky Italy thathas provided both source video as well as discussions to improve the results.

Ottimizzazione dei parametri di codifica in base all'analisi spaziotemporale per il nuovo standard di compressione video H.266/VVC. Negli ultimi anni lo streaming video sta diventando sempre più presente nella nos-tra vita quotidiana, Sempre più fornitori di servizi televisivi che fino ad ora hannoutilizzato tecniche diverse per trasmettere i loro contenuti, ora stanno passandoallo streaming. Con il passare degli anni, i video diventano sempre più definiti, eoggi i video in 4k sono la norma. Purtroppo questi sono molto pesanti in terminidi requisiti di larghezza di banda e quindi è necessaria una connessione potenteper vederlo con una buona qualità e senza interruzioni. I video in streaming sonocodificati utilizzando standard diversi, in continua evoluzione. Con l’aumento dellerisoluzioni video, sono necessari nuovi standard di codifica più efficienti, in mododa evitare che un aumento della risoluzione corrisponda a un grosso aumento dibitrate. in questi anni abbiamo assistito a grandi miglioramenti nelle tecnologiedei codec a fronte però, di un aumentata complessità. L’impatto dei video sultraffico internet globale è drammatico. Poiché il video rappresenta già oltre l’80%del traffico Internet, è quindi di maggiore importanza trovare standard di codi-fica sempre più efficienti per non saturare la rete. In particolare questo lavoro hadapprima analizzato le prestazioni del nuovo standard H.266/VVC, anche rispettoal precedente (H.255/HEVC e H.264/AVC). Questa prima fase ha permesso didelineare come la corretta impostazione dei parametri di codifica rappresenta unelemento chiave per massimizzare la qualità riducendo al minimo il tasso e il tempodi codifica. Di conseguenza è stato sviluppato un algoritmo per analizzare alcunecaratteristiche spazio-temporali di base della sequenza che vengono poi classifi-cate in sottoinsiemi diversi, per ciascuno dei quali è stato identificato un insieme"ottimale" di parametri di codifica. Questo lavoro di tesi è stato eseguito in col-laborazione con Sky Italia che ha fornito sia video sorgenti che discussioni permigliorare i risultati.