基于H.264视频终端关键技术研究及DSP实现

论文摘要

随着21世纪的到来,人类进入了一个全新的多媒体时代,视频通信成为人们的需求趋势。H.264是新一代视频编码标准,与之前的标准相比具有更高的压缩比和更好的视频质量,其技术优势决定其必将在众多领域中得到应用。然而在实际应用中,H.264还面临一些问题:IP网络是“尽力”传输,常常伴随网络延时和丢包,如何在时变的IP网络环境下提高视频通信的质量是目前主要的研究热点之一;另外,H.264在编码性能提升的同时也大大增加了运算复杂度,如何在资源有限的DSP硬件平台上实现H.264实时编码也是实际应用中必须解决的问题。论文提出了一种适用于丢包网络环境下的自适应帧内刷新算法,该算法通过建立一个帧内刷新尺度矩阵来记录当前帧和参考帧宏块之间的依赖关系,利用该矩阵构造端到端的率失真模型来判决后续帧的宏块编码模式。实验结果表明,该算法可在编码码率基本不变的情况下大大提高丢包环境下恢复图像的主客观质量。接下来,论文提出了一种通用的FEC(Forward Error Correction)载荷结构,利用该载荷结构对H.264码流进行封装,并实现对H.264码流的FEC不等保护。实验结果表明,该方法能有效提高丢包环境下的通信视频质量。最后介绍了TMS320DM642 DSP平台的硬件特点和软件编程方法,给出了该平台下H.264编码器的实现过程,并采用数据打包、内联函数、线性汇编、DMA(直接内存访问)等多种优化手段对编码算法进行优化,优化后的编码器可以实现CIF(352×288)格式的实时视频编码,与优化前相比图像质量、编码码率基本不变,可用于实际视频通信终端产品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文内容和结构安排
• 第二章 H.264 标准简介
• 2.1 H.264 标准的三个档次
• 2.2 H.264 标准的编码框架
• 2.3 H.264 标准采用的编码新技术
• 2.4 H.264 标准在实际应用中面临的问题
• 2.5 小结
• 第三章 基于H.264 具有抗分组丢失能力的帧内刷新算法
• 3.1 帧内刷新的原理
• 3.2 现有的帧内刷新方法
• 3.3 基于帧内刷新尺度的自适应帧内刷新算法
• 3.3.1 帧内刷新尺度矩阵
• 3.3.2 自适应帧内刷新算法
• 3.4 实验结果
• 3.5 小结
• 第四章 保证H.264 视频通信质量的FEC保护方法
• 4.1 现有FEC保护算法面临的问题
• 4.2 TORNADO码保护算法
• 4.2.1 传统Tornado码
• 4.2.2 高效Tornado码
• 4.3 具有独立层结构的FEC保护方法
• 4.3.1 FEC独立成层
• 4.3.2 FEC载荷格式及其生成过程
• 4.3.4 接收端恢复丢失的数据信息的过程
• 4.3.5 该方案在视频中的应用
• 4.4 实验结果
• 4.5 小结
• 第五章 基于TMS320DM642 平台的H.264 编码器优化
• 5.1 TMS320DM642 开发平台
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 TMS320DM642 硬件结构
• 5.1.3 软件开发环境
• 5.2 在DM642 平台上移植H.264 编码器
• 5.2.1 H.264 编码器的源码分析
• 5.2.2 算法移植
• 5.2.3 性能分析
• 5.3 H.264 编码算法的优化
• 5.3.1 运动估计的原理
• 5.3.2 运动估计快速算法的引入
• 5.4 基于DSP平台优化H.264 编码器
• 5.4.1 C源代码的优化
• 5.4.2 改写线性汇编
• 5.4.3 内存分配及其访问策略
• 5.5 实验结果
• 5.6 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果