基于DSP的AVS编码器在光传输与光压缩中的应用

论文摘要

多媒体通信的迅猛发展对视频传输提出了越来越高的要求。基于光通信的网络系统,在大规模视频应用上也显得带宽紧张。很多年以来,一直有这么一种说法:“一旦传输和存储的容量增长到一定程度,并且可以有效的处理未压缩的视频数据,视频压缩很快就会变成多余。”但是实际上这种理想状态并未到来,因为人们对传输和存储容量的需求增长速度远远大于目前传输和存储带宽的增长速度。在这种情况下,视频编码就成为了一种有效提高带宽利用率的技术。新一代的编码标准,如H.264和AVS都是基于块的混合编码框架,包括帧内编码、帧间编码、整数变换与量化、熵编码及环路滤波等。本文的研究工作基于AVS标准。与H.264相比,AVS的主要创新在于提出了一批具体的优化技术,在较低的算法复杂度上实现了和国际标准相当的技术性能。本文在分析视频编码发展历程的基础上,对H.264和AVS标准进行了对比分析,对AVS的技术细节进行了详细探讨,并着重对DSP平台上AVS子像素插值的优化方法进行了深入研究,包括:代码移植,将VC平台的代码移植到DSP平台上;算法级优化,调整插值的策略;代码级优化,精简C代码和写线性汇编;DMA的使用和内存组织方法,使用ping-pong结构的双buffer,使用DMA将数据传输和运算时间并行起来等。本文采用宏块级并行方案,通过传输编码状态等信息,完成了基于DSP的并行编码器的设计,在完全不降低编码效果的情况下实现了广播级性能的并行编码。对比优化前后的编码器性能,基于宏块并行的AVS编码器的编码速度超过了25帧/秒,达到了实时编码,取得了预期效果。在带宽日益紧张的光通信系统中,本文研究内容可为视频头端设备相关技术研究提供参考。本文部分研究成果已申请国家发明专利。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文的任务和内容安排
• 第二章 视频压缩技术和AVS标准
• 2.1 视频压缩技术
• 2.1.1 视频压缩的基本原理和可行性
• 2.1.2 视频压缩技术标准和演变
• 2.2 AVS标准
• 2.2.1 视频压缩的通用技术
• 2.2.2 AVS视频编码过程简介
• 2.2.3 帧内编码
• 2.2.3.1 亮度块帧内预测模式
• 2.2.3.2 亮度块帧内预测
• 2.2.4 帧间编码
• 2.2.4.1 参考帧的选择
• 2.2.4.2 运动估计和运动补偿
• 2.2.4.3 运动估计搜索算法
• 2.2.4.4 运动矢量的预测和导出
• 2.2.5 AVS的变换量化和熵编码
• 2.2.6 环路滤波
• 2.3 AVS和H.264的比较
• 第三章 DSP平台和开发环境介绍
• 3.1 DSP系统介绍
• 3.2 C6455介绍
• 3.2.1 C6455的内核
• 3.2.2 接口
• 3.3 DSP软件开发工具和环境
• 3.3.1 DSP软件开发工具
• 3.3.2 CCS（CODE COMPOSER STUDIO）软件开发环境
• 第四章 AVS编码器中插值的优化
• 4.1 AVS插值算法
• 4.1.1 亮度样本的插值过程
• 4.1.2 色度样本的插值过程
• 4.2 代码的DSP平台移植
• 4.3 算法级的优化
• 4.4 代码级的优化
• 4.5 DMA的使用和内存组织
• 4.6 实验结果
• 第五章 AVS编码器并行编码的设计和实现
• 5.1.顺序编码
• 5.2 几种并行编码方案
• 5.2.1 GOP级并行编码
• 5.2.2 帧级并行编码
• 5.2.3 SLICE级并行编码
• 5.2.4 宏块级并行编码
• 5.3 宏块级并行编码的设计
• 5.4 宏块级并行编码的DSP实现
• T'>5.4.1 结构ENCODER_T
• T'>5.4.2 结构MB-CONTENT_T
• 5.4.3 DSP实现
• 5.5 多DSP编码器的实验结果
• 第六章 结论
• 6.1 全文工作总结
• 6.1.1 基于DSP的AVS编码器的插值优化设计和实现
• 6.1.2 基于DSP的AVS编码器的并行编码方案设计和实现
• 6.2 展望下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果