基于BF-533 DSP的H.264/AVC视频编码算法实现与优化

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的运动图像专家组MPEG联合制定的新一代视频编解码标准,其主要目标是为了获得更好的图象压缩效率及更强网络适应性。由于该标准采用了许多最新的视频编码技术,极大地提高了压缩性能,在相同的重建图象质量下,能够比H.263节约50%左右的码率,并且由于采用“网络友好”的码流结构和语法,加强了对各种信道的适应能力,有利于对误码和丢包的处理。但是,H.264/AVC的高效性是以相当高的计算复杂度为代价的。这也使得在实际的视频应用中达到实时效果具有相当大的难度。另一方面,随着现代数字化进程和半导体芯片制造工艺的加速发展,数字信号处理（DSP）技术以其优良的性能和低廉的价格得到了广泛的应用,已经具有了非常高效的指令系统和优异的运算性能,为实现高效的音视频信号处理提供了可能性,因此在目前的视频应用系统中,以DSP为核心加上适当的外围部件形成的视频编解码系统成为该应用领域的研究热点。本文以目前业界领先的DSP芯片供应商ADI公司的Blackfin533 DSP为硬件平台,努力实现一种H.264/AVC视频编码系统,同时也是对具有优秀压缩性能的H.264/AVC标准不断得以实际应用的一种尝试。首先,本文通过深入研究H.264/AVC编码的两个计算复杂度较高的部分:帧内预测,帧间块划分模式选择,提出和改进了一些相关的快速算法,实验的结果也表明快速算法在很小的PSNR代价下有效地提高了编码速度;然后将H.264/AVC标准的JM模型测试代码移植到DSP硬件平台上,并完成了相关快速算法的实现;最后从程序级、算法级、存储器以及指令级四个层面,分别对编码系统进行了整体的调整和优化,目的是提高系统的编码速度。实验结果也验证了本文的优化实践在节约编码时间、提高编码效率上达到了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景和现状分析
• 1.3 本文的主要工作及论文的内容安排
• 第2章 H.264/AVC标准与系统关键编码参数选定
• 2.1 H.264/AVC标准的发展与特点
• 2.2 H.264/AVC标准基本编码框架
• 2.3 系统关键编码参数选定
• 2.3.1 H.264/AVC的规范档次
• 2.3.2 H.264/AVC的测试模型
• 2.3.3 多参考帧预测
• 2.3.4 帧内预测
• 2.3.4.1 INTRA4×4帧内预测
• 2.3.4.2 INTRA16×16和色度块的帧内预测
• 2.3.5 帧间多种块划分模式
• 2.3.6 基于率失真优化技术的宏块模式选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 帧内编码模式快速预测算法
• 3.1 H.264/AVC帧内预测编码模式选择
• 3.2 相关快速算法研究
• 3.3 本文算法
• 3.3.1 空域纹理预测
• 3.3.2 频域变换系数与块的方向特征
• 3.3.3 INTRA4×4亮度模式的预测
• 3.3.4 INTRA16×16亮度模式的预测
• 3.3.5 INTRA8×8色度模式的预测
• 3.3.6 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 帧间编码模式快速选择算法
• 4.1 H.264/AVC帧间块划分模式
• 4.2 帧间块划分模式分析
• 4.2.1 SKIP模式的提前判断
• 4.2.2 帧间模式选择
• 4.2.3 可选择的帧内模式预测
• 4.2.4 实验结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 ADSP-BF533 DSP及代码移植
• 5.1 DSP的背景及相关技术
• 5.1.1 DSP处理器的特点
• 5.1.2 ADSP-BF533 DSP处理器硬件平台
• 5.2 JM模型代码的DSP移植
• 5.2.1 JM模型Baseline规范层次代码的提炼
• 5.2.2 文件操作的屏蔽
• 5.2.3 软件开发环境的差异
• 5.2.4 存储分配问题
• 5.2.5 冗余代码的消减
• 5.3 系统硬件配置和视频数据采集
• 5.4 本章小结
• 第6章 视频编码系统的优化
• 6.1 系统优化的一般原则
• 6.2 系统优化
• 6.2.1 程序级优化
• 6.2.2 算法级优化
• 6.2.3 存储器优化
• 6.2.4 指令级优化
• 6.3 优化结果与分析
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 1.主要研究内容和成果
• 2.存在的不足和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文