基于TMS320C6416的H.264编码器的实现

论文摘要

21世纪人类进入了信息化社会,信息以成指数级的“爆炸式”增长,尤其是海量的视频图像信息,导致巨大的信息数据与有限的存储介质和传输信道带宽成为不可调和的矛盾。因此,视频图像压缩编码成为通信领域的一个重点研究方向。ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG联合组成了JVT共同研究制定了新型视频压缩国际标准H.264,于2003年3月正式发布。目前,对H.264的研究与实现已经成为图像通信研究领域的一个热门课题。H.264的三个主要目标之一是提高编码效率,在同样的保真度条件下,平均码率比现有的H.263视频压缩标准低50%。而要提高压缩比,就会相应增加算法的复杂度,从而对算法的实际应用很不利。因此,H.264算法的高复杂度成为视频处理在工程应用中的瓶颈,导致视频处理的实时性难以实现。本文对H.264标准进行了研究,采用并行优化技术在TMS320C6416上实现了H.264编码器。主要工作包括:（1）研究H.264标准,分析编码器各模块及其采用的技术细节的计算复杂度,寻求提高编码速度的途经;（2）对H.264的JM82软件进行算法总体优化处理,尤其对于编码速度的瓶颈——运动估计进行改进,采用不对称多六边形网格混合搜索算法HUCMHGS进行整数像素运动估计,采用带金字塔搜索模式的中心偏置分数像素搜索算法CBFPS进行分数像素运动估计;（3）结合TMS320C6416的结构特点,在研究并行优化实现方法的基础之上,对H.264算法的各个具体模块进行汇编语言编程实现。本文实现的H.264编码器性能为:在主频为720MHz的TMS320C6416芯片上对2路QCIF格式的视频图像进行处理,在一定的保真度条件下,编码速度达到了27.5帧/秒。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 图像/视频压缩编码技术的发展历史与现状
• 1.2.1 图像/视频压缩编码技术的发展历史
• 1.2.2 图像/视频压缩编码技术
• 1.2.3 评价视频图像质量的性能指标
• 1.2.4 图像/视频压缩编码的国际标准
• 1.3 视频压缩标准H.264 的提出及应用领域
• 1.4 TMS320C6416 芯片简介
• 1.5 本论文的主要工作及论文结构
• 第二章 H.264 视频压缩编码标准的分析
• 2.1 概论
• 2.2 H.264 的编码方法
• 2.2.1 预测
• 2.2.2 变换与量化
• 2.2.3 熵编码
• 2.3 H.264 的编解码器与信道适应性
• 2.3.1 H.264 的视频编码器
• 2.3.2 H.264 的视频解码器
• 2.3.3 面向IP 和无线信道的适应性
• 2.4 本章小结
• 第三章 TMS320C6416 芯片的硬件结构与软件开发
• 3.1 TMS320C6416 芯片的基本结构
• 3.1.1 TMS320C6416 DSP 的基本结构
• 3.1.2 TMS320C6416 的CPU 结构
• 3.1.3 TMS320C6416 的流水线
• 3.2 开发工具简介
• 3.2.1 硬件开发工具简介
• 3.2.2 软件开发工具简介
• 3.3 软件开发规范
• 3.3.1 软件开发流程
• 3.3.2 C 语言开发规范
• 3.3.3 汇编语言开发规范
• 3.4 本章小结
• 第四章 H.264 算法的优化与并行实现
• 4.1 H.264 算法的优化
• 4.1.1 H.264 算法复杂度的分析
• 4.1.2 H.264 算法的总体优化
• 4.1.3 运动估计的算法优化
• 4.1.4 H.264 算法优化后的编码器性能
• 4.2 并行优化实现方法
• 4.2.1 并行算法及其基本设计技术概述
• 4.2.2 并行优化的具体实现方法
• 4.3 H.264 具体模块的并行实现及优化效果
• 4.3.1 帧内预测的并行实现及优化效果
• 4.3.2 帧间预测的并行实现及优化效果
• 4.3.3 binDCT 与量化的并行实现及优化效果
• 4.3.4 输入输出数据与压缩处理的并行操作
• 4.4 H.264 编码器并行优化实现的总体性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献表
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文