论文题目: 低码流H.264视频编码算法研究及FPGA实现探讨
论文类型: 硕士论文
论文专业: 通信与信息系统
作者: 于保成
导师: 李欣
关键词: 帧内预测,拉格朗日优化,硬件描述语言,现场可编程门阵列
文献来源: 中国海洋大学
发表年度: 2005
论文摘要: H.264是目前最新的MPEG视频压缩标准,也被称为MPEG-4第10部分。在同等的画质下,H.264比上一代编码标准MPEG-2平均节约64%的传输码流,而比MPEG-4 ASP要平均节约39%的传输码流。和其他MPEG标准一样,该标准只是指定了比特流的语法和解码器的结构,因此编码性能不但取决于标准本身决定,还与编码的实现方法有关。本论文中,在保持与该标准兼容的前提下,提出了一些提高编码性能的方珐。同时本文对实时H.264编码的FPGA实现进行了研究。在算法的研究过程中,利用VC++6.0实现了一个可视化的软件工具。该工具软件可以播放视频序列,并且可以显示运动向量以及图像的边缘信息。 H.264视频编码标准中,帧内编码采用预测、变换、编码的方法。帧内预测有多种模式,由于多种预测模式的采用,大大提高了帧内编码的效率,但同以往的编码器相比却消耗了更多的编码时间,在实时视频压缩的应用中受到限制。本文提出一种基于图像边缘,计算边缘方向的帧内预测模式快速判别方法。在H.264参考软件中采用该方法,通过试验证明在PSNR的损失可以忽略的情况下,帧内编码的时间可节省50%～60%。 在视频压缩中,拉格朗日优化能够大大地提高视频的视觉质量。为了取得最高的编码性能,获得好的图像质量,减小生成的码流,H.264参考软件中采用率失真优化技术。当进行率失真优化时,λ的取值决定了码率和失真的大小。H.264参考软件中λ的取值只与量化参数QP有关,对于不同的视频序列,不能产生最优的优化结果。为了适应视频内容的变化,产生更好的压缩效果,本文在分析了全局率失真优化的基础上,堤出了一种针对帧间编码,能够适应视频内容变化的λ选择方法。 以往视频编码一般用全定制ASIC或DSP实现,FPGA由于其资源有限而未被采用。但DSP运算速度慢;全定制ASIC开发周期长,投片成本高,不灵活;而FPGA可重复使用,设计修改灵活,只要修改用于配置的EEPROM即可实现设计的升级,随着FPGA片内资源的扩展,具备DSP模块,可以实现数字信号处理的复杂算法,而且又有较高的运算速度。而且H.264采用整数DCT变换,整个编码过程中不涉及到浮点数运算,这使得采用FPGA实现H.264编码成为可能。本文对FPGA实现H.264编码进行了研究,提出了基于Altera公司FPGA的实现方案,并用Verilog语言编写了其中的关键部分。主要实现的模块有视频采集部分,变换量化部分,运动估计部分。在利用ModelSim对它们的逻辑进行了验证之后,用QuartusⅡ进行了综合。
论文目录:
1 前言
1．1 课题研究的意义
1．2 视频编码技术介绍
1．2．1 熵编码
1．2．2 变换编码
1．2．3 预测编码
1．2．4 矢量量化
1．3 视频编码标准发展状况
1．3．1 H．261
1．3．2 MPEG-1
1．3．3 MPEG-2
1．3．4 MPEG-4
1．3．5 MPEG-7
1．3．6 H．263
1．3．7 H．264
1．4 视频编码标准比较
1．5 本文的主要研究工作
2 H．264视频编码算法研究
2．1 视频质量评价标准
2．2 测试软件
2．2．1 H．264参考软件
2．2．2 基于VC++6．0的可视化软件
2．3 帧内预测算法研究
2．3．1 H．264帧内预测介绍
2．3．2 边缘算子
2．3．3 帧内预测快速算法
2．3．4 试验结果
2．3．5 结论
2．4 拉格朗日优化算法
2．4．1 拉格朗日优化原理
2．4．2 拉格朗日乘子的选择算法
2．4．3 试验结果
2．5 本章总结
3 FPGA实现H．264视频编码研究
3．1 开发测试工具介绍
3．1．1 Modelsim仿真工具
3．1．2 Quartus Ⅱ
3．1．3 硬件描述语言的选择
3．2 系统整体一设计
3．2．1 设计方法介绍
3．2．2 系统实现的框图
3．3 视频采集模块
3．3．1 FPGA实现
3．3．2 仿真结果
3．4 变换量化模块
3．4．1 变换原理
3．4．2 FPGA实现
3．4．3 仿真结果
3．5 运动估计
3．5．1 运动估计算法
3．5．2 FPGA实现
3．5．3 仿真结果
3．6 内部存储器
3．7 结论
4 总结与展望
4．1 本文研究工作总结
4．2 展望
参考文献
发布时间: 2005-10-26
参考文献
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标签：帧内预测论文; 拉格朗日优化论文; 硬件描述语言论文; 现场可编程门阵列论文;