基于DM642的AVS实时编码的实现与优化

论文摘要

AVS（Audio Video coding Standard）标准是《信息技术先进音视频编码》系列标准的简称,AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。它是其后数字信息传输、存储、播放等环节的前提,因此是数字音视频产业的共性基础标准。2006年AVS视频部分（AVS-P2）正式成为国家标准。AVS标准编码效率比MPEG-2高2-3倍,与AVC相当,而且技术方案简洁,芯片实现复杂度低,达到了第二代标准的最高水平。AVS与以前的视频压缩标准相比,在编码效率和信道自适应能力上都具有明显的优越性。然而其巨大的运算量和复杂的设计思想使得一般的处理平台难以满足其需要。TI公司生产的TMS320DM642芯片具有很强的并行处理能力和信号处理功能,是实现AVS编解码的理想平台。本文在充分研究AVS标准和参考代码的基础上,讨论在DM642上移植和优化AVS编码的具体过程,并给出优化结果。本文对AVS视频编码器关键技术和基于DM642的AVS编码器的实时实现进行了研究工作。本文首先介绍了AVS视频压缩标准的主要核心模块算法。然后通过对编码器中主要模块复杂度和对编码性能贡献的大小进行分析,对编码器算法进行了改进和简化。本文主要在运动估计的块匹配算法和帧间模式选择算法两个方面提出了改进方法。提出了一种改进的菱形搜索优化算法。最后结合DM642嵌入式系统的硬件特性,讨论了基于PC机的AVS编码器DSP化过程中需要注意的事项及移植的方法。然后从编码器编码流程、内存分配与调度、Cache的优化、EDMA等方面讨论了编码器系统级优化,分析了程序级代码优化与汇编级优化的方法。同时在这个过程中,总结了基于DM642的视频压缩编码软件开发的一些方法和技巧,可为今后基于DM642系统的软件开发打下基础。通过在TMS320DM642评估板上测试验证,该编码器在保持很好的图像质量和高压缩比的同时,实现了实时的视频压缩,处理速度可以达到CIF格式的30帧/秒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 视频压缩编码技术
• 1.2.1 熵编码
• 1.2.2 预测编码
• 1.2.3 变换编码
• 1.3 视频编码的发展历程和现状
• 1.4 视频编码的DSP实现
• 1.5 本论文的研究内容
• 第二章 AVS视频编码标准分析
• 2.1 AVS标准的历史与发展
• 2.1.1 标准工作简况与进展
• 2.1.2 标准特点
• 2.1.3 产业化前景
• 2.2 AVS编码框架
• 2.3 AVS编码主要关键技术
• 2.3.1 帧内预测
• 2.3.2 帧间预测
• 2.3.3 整数变换与量化
• 2.3.4 熵编码
• 2.3.5 环路滤波
• 2.4 AVS与其他主要编解码对比
• 2.5 本章小结
• 第三章 AVS编码算法研究和优化
• 3.1 运动估计算法优化
• 3.1.1 常用搜索算法分析
• 3.1.2 DS算法的改进
• 3.1.3 改进后的实验结果和分析
• 3.2 帧间模式选择算法优化
• 3.2.1 帧间模式选择算法分析
• 3.2.2 AVS的P帧编码模式
• 3.2.3 SKIP模式的提前预判
• 3.2.4 整像素决定帧间模式
• 3.3 本章小结
• 第四章 AVS编码器在DM642上的实现与优化
• 4.1 DM642开发平台
• 4.1.1 DM642多媒体处理器
• 4.1.2 CCS集成开发环境及开发流程
• 4.1.3 存储器系统介绍
• 4.1.4 程序在DM642上实现的优化方法
• 4.2 编码器的总体设计与优化
• 4.2.1 编码框架设计
• 4.2.2 存储空间的分配与EDMA使用
• 4.2.3 宏块编码流程图
• 4.2.4 程序移植优化
• 4.3 主要模块汇编优化
• 4.3.1 插值
• 4.3.2 运动估计
• 4.3.3 变换量化扫描
• 4.3.4 环路滤波
• 4.3.5 熵编码
• 4.4 系统设计
• 4.4.1 硬件平台介绍
• 4.4.2 系统数据流
• 4.4.3 应用程序框架设计
• 4.5 系统测试
• 4.5.1 软硬件环境
• 4.5.2 编码器性能
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的研究成果