基于DM642的H.264帧间编码技术的研究与分析

论文摘要

H.264/AVC是ITU-T和MPEG联合专家组JVT制定的最新的视频编码标准。由于其高压缩比、高图像质量和友好的网络特性,它在数字电视广播、实时视频通信、视频流媒体服务、压缩存储等领域具有广泛的应用前景。帧间编码是视频编码器中的关键技术,它在视频编码中占用50%80%的运算量。因此,对帧间编码技术进行研究并改进其性能对有效地提高编码器的编码速度具有重要意义。本文在对H.264/AVC帧间编码技术进行分析的基础上,针对帧间编码计算复杂度高的问题,提出了一种快速的帧间模式选择算法。该方法根据图像纹理不同,预先判别SKIP模式;然后根据图像高频分量获知图像的细节程度,对块模式进行选择。实验结果表明,该方法在保证图像失真度和码率性能的前提下,单帧编码时间减少了57.48%,较大幅度增加了帧间模式的决策速度。本文的另一个研究内容是分别在编码流程调整、C语言、线性汇编语言、存储器分配四个方面对帧间编码在DM642上进行了优化。编码流程调整是使整个编码算法更加适合DSP的运行环境;进行C语言优化的重点是消除存储器相关性、加强软件流水;用线性汇编改写编码器中的关键代码,能取得非常良好的优化效果;实现基于DM642 DSP实时视频编码器的另一个关键是根据DM642的2级Cache结构和EDMA特性对编码器代码和数据在存储器的分配进行优化。实验表明,对于CIF（352×288）图像,在保持图像质量的前提下,优化后的平均帧率较未优化前提高了5倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频编码原理
• 1.2.1 视频冗余
• 1.2.2 视频编码技术概述
• 1.3 视频编码中的帧间编码技术
• 1.4 视频编码的发展现状
• 1.5 DSP 芯片在视频处理中的优势
• 1.6 研究课题的主要内容
• 第二章 H.264/AVC 编码标准
• 2.1 H.264/AVC 编码器框架
• 2.2 H.264/AVC 关键技术
• 2.2.1 具有网络友好性的分层结构
• 2.2.2 帧内预测
• 2.2.3 帧间预测
• 2.2.4 变换和量化
• 2.2.5 熵编码（Entropy Coding）
• 2.2.6 环路滤波器（Loop Filter）
• 2.3 档次和级别
• 2.4 H.264/AVC 性能测试
• 2.4.1 帧内帧间预测
• 2.4.2 分块模式
• 2.4.3 多参考帧
• 2.4.4 搜索范围
• 2.4.5 率失真优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 帧间编码的算法研究
• 3.1 基于块的运动估计与运动补偿
• 3.2 运动失量预测
• 3.2.1 运动失量的空间域预测方式
• 3.2.2 运动失量的时间域预测方式
• 3.3 快速搜索算法概述
• 3.4 快速帧间模式判别算法
• 3.4.1 SKIP 模式预先判别
• 3.4.2 改进的块类型选择
• 3.4.3 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于DM642 的帧间编码
• 4.1 H.264 编码器开发平台
• 4.1.1 TMS320DM642芯片介绍
• 4.1.2 集成开发环境
• 4.1.3 DM642 评估板硬件平台
• 4.2 代码移植
• 4.3 软件优化流程
• 4.4 编码器软件实现流程的调整
• 4.4.1 主编码流程
• 4.4.2 宏块编码流程
• 4.4.3 帧间预测流程
• 4.5 存储器系统的优化
• 4.5.1 三级存储器系统
• 4.5.2 Cache 优化方法
• 4.5.3 存储空间的分配
• 4.5.4 EDMA 模块的使用
• 4.5.5 数据的同步和一致性问题
• 4.6 程序级优化
• 4.6.1 配置CCS编译选项
• 4.6.2 软件流水
• 4.6.3 线性汇编优化
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录A 测试用到的视频序列
• 附录B 部分线性汇编程序清单