H.264/AVC算法的研究及解码器的实现与优化

论文摘要

进入信息时代之后,信息的传递成为社会生活中至关重要的一部分,信息传递的技术也得到了巨大的发展。随着数字化技术的飞速发展,数字视频信号的传输技术更是受到人们的关注。随着数字视频编码技术的不断发展和成熟,出现了大量视频编码应用方案。在众多的编码方案中,H.264是目前最有效的编解码标准。在相同的重构图像质量下,H.264与H.263+和MPEG-4标准相比,能节约50%的码流。由于H.264能覆盖所有低宽带和高宽带的应用, 并具有较强的抗误码特性,H.264特别适用于低宽带、丢包率高、干扰严重的无线视频传输。本文通过对H.264算法关键技术的研究和分析,结合H.264基本档次对应用场合的规定,提出了一个简单的解码器体系,同时运用OMT技术进行面向对象的分析与设计,提出了面向对象的解码器软件框架;针对网络数据传输的复杂性和潜在的网络瓶颈问题,本文提出了行之有效的数据流管理机制;本文还提出了操作系统适配层的机制,使HDecoder能适应不同系统的差异性;最后,在以上基础上实现了符合H.264标准的解码器（HDecoder）。同时又分别在算法层次和指令级别提出了多种性能优化方案。本文还将H.264算法与其它的混合编码框架算法作了简单的比较,就运动补偿﹑量化与转换对图像压缩性能的影响进行了深入的分析,提出了混合编码框架下编码器需解决的问题及运动补偿块尺寸划分的一般策略。本文的讨论主要集中于以下三部分: ⑴H.264混合编码框架的各种编码技术（帧内预测﹑帧间预测﹑转换与量化和循环滤波处理等）。⑵使用面向对象的建模技术对HDecoder进行面向对象的分析与设计,提出了HDecoder的对象模型﹑动态模型﹑功能模型﹑数据流管理机制和系统适配层的机制。⑶从算法和指令级别分别对HDecoder进行优化,分析实验数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 内外研究现状及其历史
• 1.3 视频压缩原理
• 1.3.1 空间采样
• 1.3.2 预测编码
• 1.3.3 变换
• 1.3.4 量化
• 1.3.5 熵编码
• 1.4 H.264 概述
• 1.4.1 编码器
• 1.4.2 解码器
• 1.5 H.264 基本要素
• 1.5.1 Profile（档次）和等级（Levels）
• 1.5.2 编码据格式
• 1.5.3 参考图像
• 1.5.4 片断（slice）
• 1.5.5 宏块
• 1.6 H.264 的展望及本课题主要工作
• 第二章 H.264/AVC 编码工具
• 2.1 引言
• 2.2 宏块预测
• 2.2.1 帧间预测
• 2.2.2 帧内预测
• 2.3 转换与量化
• 2.3.1 整数变换
• 2.3.2 整数变换分析
• 2.3.3 量化
• 2.4 熵编码
• 2.5 先进的环路滤波技术
• 2.6 H.264 编码框架及编码器需要解决的问题
• 第三章 HDecoder 的设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 面向对象的建模技术（OMT）
• 3.2.1 对象模型
• 3.2.2 动态模型
• 3.2.3 功能模型
• 3.2.4 对象模型、动态模型和功能模型之间的关系
• 3.2.5 面向对象的开发过程
• 3.3 用OMT 对解码器进行总体分析与设计
• 3.3.1 系统问题描述
• 3.3.2 HDecoder 的对象模型
• 3.3.3 HDecoder 的动态模型
• 3.3.4 HDecoder 的功能模型
• 3.4 HDecoder 的实现
• 3.4.1 网络层模块的实现
• 3.4.2 预测模块的实现
• 3.5 单元测试
• 第四章 HDecoder 的优化
• 4.1 引言
• 4.2 解码器各部件的优化
• 4.2.1 反变换的优化
• 4.2.2 熵解码优化
• 4.3 通过编程技巧进行优化
• 4.4 循环展开
• 4.5 使用正确的数据类型
• 4.6 实现结果与性能分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 视频编码技术总结
• 5.2.1 第一代视频编码方法
• 5.2.2 基于对象的第二代视频编码方法
• 5.3 工作展望
• 附录 A-OMT 符号标记
• 1 对象模型基本符号
• 2 动态模型基本符号
• 3 功能模型基本符号
• 参考文献
• 成果
• 致谢