H.264视频编码器在ADSP-BF561上的实现及优化

论文摘要

视频监控以其方便、信息内容丰富而广泛应用于安保、生产管理等场合。图像编解码技术是视频监控中的关键技术之一。新一代视频编解码标准H.264压缩性能好，但计算复杂度高，限制了H.264标准的应用。Blackfin处理器是ADI公司推出的低功耗、高性能的定点DSP芯片，是H.264标准DSP实现的理想平台。本论文的研究目的是针对视频监控的需要，研究、实现一套基于H.264标准的视频编码系统。探讨H.264软件编码器在BF561上的实现及优化方法。论文主要是H.264和BF561嵌入式系统的应用研究。介绍了H.264标准的基本思想和原理及BF561的开发基础。分析了X264编码器流程，确定软件编码方案。实现了基于uCLinux嵌入式操作系统的X264编码器移植。最后，以ADSP-BF561 EZ-KIT LITE评估板为编码系统，使用各种优化方法和技巧，完成X264编码器的优化。根据BF561的结构特点，论文从项目级和C语言级别初步优化编码器；并着重用汇编优化了H.264的耗时模块，SAD运算、SATD运算和整数DCT变换程序；根据BF561的高速缓存机制，启用CACHE，提高系统编码速度。最后，用不同的测试序列对各阶段优化效果进行测试，确定较优的基于BF561的H.264视频编码器优化方案。本论文设计的软件编码系统具有较高的编码效率，测试结果表明了系统的可行性和稳定性。因此，研究基于BF561的H.264视频编码器具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国际视频编码技术
• 1.2.1 视频压缩编码技术原理
• 1.2.2 国际视频编码标准
• 1.3 嵌入式系统的发展
• 1.4 论文的研究工作
• 1.4.1 国内外研究现状
• 1.4.2 研究背景和意义
• 1.4.3 论文的主要工作
• 第二章 H.264标准应用研究
• 2.1 H.264中图像的帧结构
• 2.2 H.264的编码器结构
• 2.3 帧内预测和编码
• 2.3.1 亮度信号4x4帧内预测
• 2.3.2 色度信号和亮度信号16x16帧内预测
• 2.4 帧间预测和编码
• 2.4.1 可变块运动估计
• 2.4.2 1/4像素精度插值
• 2.4.3 多参考帧预测
• 2.4.4 运动矢量预测
• 2.5 整数变换和量化
• 2.5.1 整数DCT变换过程
• 2.5.2 量化过程
• 2.6 熵编码
• 2.6.1 统一的可变长编码（UVLC）
• 2.6.2 内容自适应变长编码（CAVLC）
• 2.6.3 内容自适应二进制算数熵编码（CABAC）
• 2.6.4 CAVLC和CABAC的比较
• 第三章 BLACKFIN561硬件基础介绍
• 3.1 BLACKFIN561芯片介绍
• 3.1.1 Blackfin ADSP-BF561系统结构
• 3.1.2 Blackfin DSP内核结构
• 3.1.3 Blackfin DSP存储结构
• 3.1.4 指令和流水线结构
• 3.2 BF561开发环境
• 3.2.1 Visual DSP++4.0简介
• 3.2.2 仿真器
• 3.2.3 评估板
• 第四章 X264视频编码器软件实现
• 4.1 X264编码器流程
• 4.2 编码器主要功能模块的实现
• 4.2.1 运动估计算法的选择
• 4.2.2 熵编码模式的选择
• 4.3 实现方案小结
• 第五章 基于UCLINUX操作系统的应用程序移植
• 5.1 UCLINUX相关知识
• 5.2 X264编码器移植
• 5.2.1 开发模式及交叉编译
• 5.2.2 应用程序的加载执行
• 5.3 实验测试X264编码性能
• 第六章 视频编码器的优化
• 6.1 编码器在VISUAL DSP++4.0下的移植
• 6.2 基于BF561的X264编码器优化
• 6.2.1 项目级优化
• 6.2.Z C语言级优化
• 6.2.3 存储空间优化
• 6.2.4 汇编语言级优化
• 6.2.5 编码方案结果与性能分析
• 6.3 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文