H.264视频编码标准研究及基于DM642的优化设计

论文摘要

H.264是ITU-T的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC的MPEG（运动图像专家组）提出的最新视频标准。与现有的视频标准相比,H.264编码器能在保持相同图像质量的情况下,节约50%的码率。由于其良好的压缩效率和网络适应性,H.264将在视频电话、数字电视广播、视频流媒体服务、压缩视频存储等领域得到广泛的应用。本论文对H.264标准进行了较为系统的介绍,包括编码器整体结构及各个模块基本算法的描述,在总结已有方法优缺点的基础上,提出了针对4×4亮度块的9种预测模式的优化算法,算法结合了最可能模式特性,空域、变换域特征以及相邻块预测模式的特征,加快了模式选择的速度。实验表明,该方法在保证编码性能的基础上,可以使I帧编码时间减少50%左右。文中分析比较了5种典型的运动估计快速搜索方法的优缺点,设计了基于DM642的H.264编码器基本档次的优化方案,其中包括JM86源码的移植、DM642多媒体处理器、C语言与线性汇编语言的混合编码优化方法及存储器的优化利用等,实验结果显示,优化后的编码器具有较好的性能,编码速度能达到约每秒1416帧。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频编码标准简介
• 1.2.1 H.261 标准
• 1.2.2 MPEG-1 标准
• 1.2.3 MPEG-2/H.262 标准
• 1.2.4 H.263 标准
• 1.2.5 MPEG-4 标准
• 1.2.6 H.264 标准
• 1.3 优化的背景和目的
• 1.4 本论文研究内容
• 第2章 H.264 编码器原理
• 2.1 视频压缩技术综述
• 2.1.1 熵编码
• 2.1.2 预测编码
• 2.1.3 变换编码
• 2.2 H.264 编码器基本框架
• 2.3 帧内预测
• 2.3.1 4×4 亮度预测模式
• 2.3.2 16×16 亮度预测模式
• 2.3.3 8×8 色度预测模式
• 2.3.4 对帧内预测模式的编码
• 2.4 帧间预测
• 2.4.1 树状结构运动补偿
• 2.4.2 亚像素运动矢量
• 2.4.3 MV 预测
• 2.5 变换与量化
• 2.5.1 4×4 残差整数变换和量化（块0-15,18-25）
• 2.5.2 帧内16×16 预测模式亮度块的直流系数变换量化（块-1）
• 2.5.3 2×2 色度块的直流系数变换量化
• 2.6 熵编码
• 2.6.1 指数哥伦布编码
• 2.6.2 基于上下文的自适应的可变长编码（CAVLC）
• 2.6.3 基于上下文的自适应二进制算术熵编码（CABAC）
• 2.7 去方块滤波
• 2.7.1 边界强度（Boundary strength）
• 2.7.2 各个块边缘的门限
• 2.7.3 帧间编码中的消除块滤波
• 2.7.4 对于帧内编码块的强滤波
• 2.8 码率控制
• 2.8.1 Lagrangian 优化算法
• 2.8.2 编码控制模型
• 2.9 H.264 的档次和级
• 2.9.1 基本档次
• 2.9.2 主要档次
• 2.9.3 扩展档次
• 2.9.4 级的概念
• 2.10 本章小结
• 第3章 H.264 模式选择优化算法
• 3.1 帧内预测模式选择优化算法
• 3.1.1 全搜索的帧内预测模式选择方法
• 3.1.2 快速选择算法研究现状
• 3.1.3 本文采用的快速帧内预测模式选择算法
• 3.1.4 实验结果及分析
• 3.2 运动估计优化算法比较
• 3.2.1 全搜索算法（FS）
• 3.2.2 二维对数搜索法（2DLOGS）
• 3.2.3 三步搜索法（TSS）
• 3.2.4 对偶搜索法（CS）
• 3.2.5 基于中心三步法（CTSS）
• 3.2.6 搜索算法的性能比较
• 3.3 本章小结
• 第4章基于DM642 的H.264 编码器优化
• 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
• 4.1.3 DM642 硬件平台
• 4.2 JM86 编码器移植
• 4.2.1 JM86 编码流程
• 4.2.2 编码器C 代码移植
• 4.3 C 语言及汇编优化
• 4.3.1 C 语言代码优化
• 4.3.2 编译优化选项
• 4.3.3 C 和汇编混合编程
• 4.4 存储器系统优化
• 4.4.1 片内存储器Cache 的优化
• 4.4.2 编码器数据缓冲区分配
• 4.4.3 利用EDMA 进行数据调度
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢