H.264/AVC实时编码系统及其相关算法的研究

论文题目: H.264/AVC实时编码系统及其相关算法的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 通信与信息系统

作者: 滕国伟

导师: 张兆扬,张一钧

关键词: 国际视频编码标准,优化,实时编码

文献来源: 上海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在过去的十几年中,国际标准化组织制订了一系列的国际视频编码标准并广泛应用到各种领域。其中,ITU-T制订了满足实时视频通信应用的标准,例如H.261、H.263、H.263+和H.263++;ISO制定了满足视频存储、广播视频和视频流需要的MPEG标准,包括MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4等。而H.264/AVC是ITU-T和ISO联合推出的新标准,采用了近几年视频编码方面的先进技术,以较高编码效率和网络友好性成为新一代国际视频编码标准。 H.264/AVC仍基于以前视频编码标准的运动补偿混合编码方案,主要不同有:增强的运动预测能力;准确匹配的较小块变换;自适应环内滤波器;增强的熵编码。测试结果表明这些新特征使H.264/AVC编码器提高50%编码效率的同时,增加了一个数量级的复杂度。实际中恰当地使用H.264/AVC编码工具可以较低的实现复杂度性得到与复杂配置相同的编码效率。故实际编码系统开发需要在运算复杂性和编码效率之间进行折衷,兼顾考虑。 H.264/AVC引入的新编码特征既增加基本模块的复杂度,也成倍增加算法的复杂度。针对它们的作用和实现方法的不同,可采用不同的优化方法:对于基本模块可用多媒体指令来优化;对于实现算法可研究快速算法来代替。本文基于上述思路进行优化,具体的工作包括: 针对帧内预测编码的复杂性,本文提出一种基于率失真优化(RDO:Rate Distortion Optimization)的快速帧内预测模式选择算法。该算法利用当前宏块色度块和亮度块帧内预测模式间的相关性、4x4亮度块和16x16亮度块模式选择之间的相关性以及亮度块预测模式内部的相关性,并以RDO为主,结合较简单的SATD(Sum of Absolute Transform Difference)为判决依据快速进行帧内预测模式选择。 针对帧间编码模式的复杂性,本文提出一种快速模式判决算法。该算法将全部编码模式进行分类,对SKIP模式采用提前终止判决,而对其它模式可通过判别宏块的一致性和比较宏块的空时相关性逐类型比较,可有效减少判决的模式数量。 针对运动估计的复杂性,结合H.264/AVC运动估计引入的新特征,本文提出了一种快速整像素运动估计算法。该算法通过统计和分析当前块的相关矢量确定运动估计的搜索范围和方向,再辅以有效搜索路径,可以显著减少搜索点数量并能达到较好的匹配效果。 针对多参考帧运动估计的复杂性,本文提出一种快速多参考帧选择算法。该算法根据实际中多参考帧的应用特点,利用序列的纹理特征来判定可能的参考帧数目,然后根据运动信息和RDO的单调性进一步确定16x16,8x8和4x4模式的最佳参考帧,而其它模式可根据与这三种模式的参考帧选择相关性来自适应确定可能选中的参考帧,有效降低搜索帧数目,避免搜索不必要的参考帧。 本文基于上述算法还进行Baseline Profile编码器的研究,以简化RDO为模式判决依据,给

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 视频编码系统概述

1.3 视频编码标准发展过程

1.3.1 简介

1.3.2 各类视频编码标准内容概述

1.4 H.264／AVC优越性

1.5 本文主要研究内容

第二章 H.264／AVC编码特征与性能分析

2.1 H.264／AVC的编码特征

2.1.1 H.264／AVC的分层结构

2.1.2 VCL层

2.2 H.264／AVC与其它标准的比较

2.3 复杂性分析

2.3.1 基本模块的复杂性

2.3.2 H.264／AVC算法的复杂性

2.4 针对复杂性的优化方法简介

2.4.1 基本模块的指令级优化

2.4.2 算法的优化

2.5 小结

第三章 宏块编码模式的快速选择算法

3.1 帧内模式的快速选择算法

3.1.1 帧内模式选择算法

3.1.2 快速帧内模式选择算法

3.1.3 实验结果

3.2 基于RDO的帧间模式快速选择算法

3.2.1 帧间模式选择算法

3.2.2 快速帧间模式选择算法

3.2.3 实验结果

3.3 小结

第四章 快速运动估计算法

4.1 H.264／AVC的快速运动估计算法

4.1.1 EPZS算法(JVT-E023)

4.1.2 UMHexagonS算法(JVT-F017)

4.1.3 二者的分析比较

4.2 基于矢量统计的整像素快速运动估计算法

4.2.1 相关矢量分析

4.2.2 搜索路径分布

4.2.3 实验结果

4.3 小结

第五章 快速多参考帧选择算法

5.1 H.264／AVC的多参考帧运动补偿

5.2 快速多参考帧选择算法

5.2.1 多参考帧运动补偿分析

5.2.2 快速算法的具体实现

5.2.3 实验结果

5.3 小结

第六章 Baseline编码器在PC平台上的实时实现

6.1 基于RDO的快速算法集成测试和分析

6.2 基于简化RDO的编码器优化

6.2.1 简化的RDO定义

6.2.2 相互结合的算法

6.2.2.1 帧间模式选择算法

6.2.2.2 其它快速算法

6.2.3 性能测试与比较

6.3 Intel指令集优化在Baseline编码器中的应用

6.3.1 Intel指令集简述

6.3.2 视频编码的指令集优化

6.3.3 H.264／AVC主要模块的指令集优化

6.3.4 实验结果

6.3.5 与其它在PC平台实现的Baseline编码器性能的评估比较

6.4 小结

第七章 总结与展望

参考文献

作者在攻读博士学位期间的成果

致谢

发布时间: 2005-09-16

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