H.264帧间预测算法的优化及其在DSP中的实现

论文摘要

随着信息技术的发展和网络传输速度的提高,视频会议系统,HDTV等多媒体服务逐渐成为人们关注的热点。由其带来的信息爆炸,使信道带宽和信道传输速率成为多媒体技术发展的瓶颈问题。联合视频工作组JVT(Joint Video Team)正式推出的新一代视频压缩标准H.264/AVC支持从低带宽、高误码率的无线移动视频通信到高码率、低延迟的视频会议及在线流媒体等多种应用。因此,得到业界的广泛关注和认同。但是H.264/AVC的这些优势是以复杂度的成倍增加为代价的,这就使得H.264在实时的视频编码及传输应用中面临着巨大的挑战。利用高性能数字信号处理器(DSP)来实现H.264实时编码器是一种快速有效的方法,有助于H.264视频标准的迅速推广和应用。但同时H.264编码器庞大的代码量及很高的计算复杂度不仅对DSP平台的性能提出了很高的要求,也大大增加了实时实现的难度,由于PC和DSP构造的不同,如果H.264编码没有优化就直接在DSP的平台上执行,编码速度会太慢以至于不能满足实时处理的要求。因此,要在DSP平台上实时实现H.264编码器并保持原有很高的编码效率和图像质量,有必要根据DM642的结构特性来对编码器的性能进行优化。本文采用DM642GDK作为硬件平台,探索了在资源有限的DSP平台上实现H.264编码器的有效途径。本文对H.264的各个关键技术包括预测编码、变换与量化、熵编码、去块效应滤波器、多参考帧技术进行了分析,尤其对标准中最为耗时的帧间预测算法进行了详细的探讨。并通过对帧间预测部分的多参考帧技术进行优化以减少时间计算复杂度。在充分研究了DSP的硬件平台的特点以及开发环境CCS的简介后,对编码器以及各模块的主流程进行了精简和优化,最后在开发平台上对H.264测试软件JM86进行了优化,包括代码级的优化和C算法级的优化,完成了H.264编码的DSP移植,也为实时编码打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 视频压缩的必要性和可行性
• 1.2 H.264视频编码标准简介
• 1.3 视频编码技术的发展
• 1.4 H.264的研究背景和应用前景
• 1.5 本文的研究内容和论文结构
• 第2章 H.264视频编码标准和编码器的研究
• 2.1 视频编码的国际标准简介
• 2.1.1 MPEG标准
• 2.1.2 H.26x系列标准
• 2.1.3 结论与展望
• 2.2 H.264编码器的结构分析
• 2.2.1 H.264编码器框架
• 2.2.2 H.264编码器的分层结构
• 2.2.3 档次和级
• 2.2.4 H.264编码器的编码原理
• 2.3 H.264/AVC编码器中的关键技术
• 2.3.1 帧间预测编码技术
• 2.3.2 变换编码以及环路滤波技术
• 2.3.3 熵编码以及码率控制技术
• 第3章 帧间预测算法研究和优化
• 3.1 运动估计概述
• 3.2 整/亚像素级运动估计算法
• 3.3 帧间预测算法复杂度分析
• 3.4 多参考帧技术分析和优化
• 3.4.1 参考帧范围的选取
• 3.4.2 一种新的参考帧算法的优化过程
• 3.4.3 三大开源编码器评测与选择
• 3.4.4 实验结果分析
• 3.4.5 小结
• 第4章 基于硬件平台的H.264视频编码器的优化
• 4.1 DM642硬件平台介绍
• 4.1.1 DM642的结构
• 4.1.2 DM642的性能
• 4.1.3 DM642GDK开发板简介
• 4.1.4 集成开发环境CCS简介
• 4.2 H.264/AVC编码器框架构建与优化
• 4.3 H.264编码算法在DSP上的优化
• 4.3.1 JM的编码器复杂度分析
• 4.3.2 DSP的代码优化技术
• 4.3.3 代码结构的调整
• 4.3.4 代码的软件开发流程
• 4.3.5 优化结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文