基于TMS320DM642的H.264视频编码

论文摘要

视讯产业蓬勃发展,多媒体通讯技术应用日益广泛,诸如视频监控、可视电话、流媒体、IPTV等。在众多多媒体技术中,视频压缩编码技术是核心,是构建多媒体系统的关键模块。H.264/AVC是由ISO/IEC MPEG和ITU-T VCEG联合制定的最新的视频编码标准。在相同重构图像质量下,与H.263+和MPEG-4 ASP标准相比,H.264/AVC能节约50%的码流。由于其高压缩比、高图像质量和友好的网络特性,必将成为下一代视频压缩标准的主流。本文对H.264视频编码器关键技术和基于DM642的H.264编码器的实时实现进行了研究工作。首先分析了编码复杂度以及不同的参数设置对编码器性能的影响,确立了应用于本课题的视频编码方案。然后从算法层面对比较耗时的运动估计和帧内预测模块进行优化。针对监控视频的特点,通过对H.264编码器运动估计部分的研究,提出了一种改进的菱形搜索优化算法,改进了跳过宏块预判技术和提前中止技术。研究了基于预测模式直方图的帧内预测快速算法。最后结合DM642嵌入式系统的硬件特性,讨论了基于PC机的T264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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频压缩技术发展现状
• 1.2.1 视频压缩标准的发展现状
• 1.2.2 视频编码器的发展现状
• 1.3 本课题的研究意义和主要任务
• 1.4 内容安排
• 第二章 编码方案的选择
• 2.1 H.264/AVC 的发展历程
• 2.2 H.264 视频编码器的基本框架
• 2.3 H.264 标准关键模块
• 2.3.1 帧内预测
• 2.3.2 帧间预测
• 2.3.3 变换与量化
• 2.3.4 熵编码
• 2.3.5 去块效应滤波系统
• 2.4 档次和等级
• 2.5 编码方案的确定
• 2.6 本章小结
• 第三章 H.264 编码器算法级优化
• 3.1 快速运动估计算法
• 3.1.1 快速运动估计算法综述
• 3.1.2 H.264 中现有运动估计算法
• 3.1.3 运动估计快速算法
• 3.1.4 跳过宏块（skip MB）检测
• 3.2 帧内预测快速算法
• 3.2.1 建立边缘方向场
• 3.2.2 4×4 亮度块模式选择快速算法
• 3.2.3 16×16 亮度块模式选择快速算法
• 3.2.4 8×8 色度块模式选择快速算法
• 3.2.5 算法复杂度分析
• 3.2.6 帧内快速算法仿真试验与结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 H.264 编码器在DM642 上的实现与优化
• 4.1 DM642 硬件开发平台
• 4.1.1 TMS320DM642 芯片硬件特点
• 4.1.2 DM642 EVM 存储器系统
• 4.2 软件开发流程
• 4.3 代码移植
• 4.4 编码器系统优化
• 4.4.1 编码器的编码流程
• 4.4.2 内存分配与调度策略
• 4.4.3 Cache 的优化
• 4.5 C 程序级代码优化
• 4.5.1 编译选项优化
• 4.5.2 消除存储相关
• 4.5.3 用查表来替代某些复杂运算
• 4.6 线性汇编级优化
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文