基于DM642的H.264编码器算法研究及优化

论文摘要

H.264/AVC是国际电信联盟ITU-T的视频编码专家组VCEG和国际标准化组织ISO/IEC的活动图像专家组MPEG联合制定的视频编码新标准。相对于之前的各类视频编码标准,H.264在压缩率、图像质量、鲁棒性等方面都有着无可比拟的优势,但H.264的高效性是建立在其实现的高复杂度基础上的。DM642是新一代高性能数字媒体处理器,它降低了视频应用系统开发成本。因此,DM642是目前实现视频应用系统的理想平台之一。本文首先简要介绍H.264视频编码标准,在此基础之上,对其参考模型X264进行运算复杂度分析,指出了需要进行优化的模式选择和运动估计两个核心模块。然后,再利用全零块检测技术,改进了全零块提前终止原则的应用策略。在此基础上,对X264参考模型中的帧内预测模式选择算法、帧间预测模式选择算法和运动估计算法进行优化。在帧内模式选择中,充分利用了帧内各种预测模式之间的关系,大大减少了帧内预测模式选择的范围;在帧间预测模式选择中,简化了P帧中的帧内预测模式种类,提出了一种新的SKIP模式提前预判算法和大模式优先原则;在运动估计模块中,根据时空域预测运动矢量的强相关性,提出准运动矢量的概念,并进一步对搜索模板进行优化,提出了基于矢量统计的多模板快速运动估计算法。最后,结合DM642嵌入式系统的功能特性,将X264参考模型移植到DM642上,并对X264编码器结构进行优化;根据DM642强大的指令系统,对移植后的软件代码进行优化;充分利用DM642的三级存储结构,对DM642上的存储空间管理和数据传输策略进行优化。最终,达到了较好的优化效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题的背景
• 1.3 视频压缩编码技术
• 1.3.1 预测编码
• 1.3.2 变换编码
• 1.3.3 统计编码
• 1.4 国内外研究现状和分析
• 1.5 当前存在的主要问题
• 1.6 本论文的主要工作内容
• 第2章 H.264 视频编码标准及X264 参考模型分析
• 2.1 H.264 视频编码标准的发展过程
• 2.2 H.264 的结构分析
• 2.2.1 H.264 的编码器结构
• 2.2.2 H.264 的分层结构
• 2.3 VCL层核心技术
• 2.3.1 预测编码与模式选择
• 2.3.1.1 帧内预测
• 2.3.1.2 帧间预测
• 2.3.2 变换编码与量化方案
• 2.3.3 熵编码方案
• 2.3.4 去块效应滤波器
• 2.3.5 率失真优化技术
• 2.4 X264 参考模型分析
• 2.4.1 X264 参考模型介绍
• 2.4.2 X264 参考模型复杂度分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 模式选择和运动估计算法研究及优化
• 3.1 全零块提前终止原则优化
• 3.2 X264 中帧内预测模式选择算法优化
• 3.2.1 X264 中帧内预测模式选择分析
• 3.2.2 帧内预测模式选择算法优化
• 3.2.3 实验结果及分析
• 3.3 X264 中帧间预测模式选择算法优化
• 3.3.1 P帧中的帧内预测模式选择优化
• 3.3.2 SKIP模式提前预判优化
• 3.3.3 大模式优先原则优化
• 3.3.4 帧间预测模式选择算法优化
• 3.3.5 实验结果及分析
• 3.4 X264 中运动估计算法优化
• 3.4.1 X264 参考模型中的运动估计方法
• 3.4.2 基于准运动矢量的优化
• 3.4.3 搜索模板优化
• 3.4.4 基于矢量统计的多模板快速运动估计算法
• 3.4.5 实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于DM642 的H.264 编码器实现与优化
• 4.1 DM642 DSP系统开发平台
• 4.2 X264 参考模型的移植
• 4.2.1 移植X264 到DM642
• 4.2.2 X264 编码结构优化
• 4.3 基于DM642 的编码器优化
• 4.3.1 基于DM642 的软件代码优化
• 4.3.1.1 C语言程序级优化
• 4.3.1.2 汇编级优化
• 4.3.1.3 优化结果分析
• 4.3.2 存储管理优化
• 4.3.2.1 存储空间的分配原则
• 4.3.2.2 程序段优化
• 4.3.2.3 数据段优化
• 4.3.2.4 基于Cache的整体优化
• 4.3.2.5 数据的同步和一致性问题
• 4.3.3 数据传输策略优化
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢