基于DSP的H.264运动估计算法的研究与实现

论文摘要

近些年来移动通信和因特网技术得到迅猛发展，单一的语音和数据通信已不能满足人们的需求，而对于数字视频及图像传输业务的需求随之大幅度增加。另一方面，相比较其它类型的信息传输如文本和数据，视频通信需要占用更多的带宽资源。在存储方面，由于视频数据量非常大，所以视频数据必须经过压缩才能在实际中运用。H.264标准是由国际电信联合会和国际标准化组织共同发展的下一代视频压缩标准。新标准中采用了众多的新的视频压缩技术：如以整数变化替代旧标准的DCT，帧间预测采用更大范围的像素块（4×4～16×16）、像素精度更高的运动估计和多参考帧，应用多种帧内预测模式，基于上下文的变长编码或算术编码等。所有以上技术的应用使得H.264的压缩性能至少两倍于其它旧的视频压缩标准，能够实现更加广泛的视频应用，满足在低码率条件下进行视频的高质量传输要求。本文是对H.264标准进行了部分算法上的研究和改进，并在AD-BF533 EZKIT评估板上进行芯片级的优化，使之更适合实际应用。在H.264中，帧间预测部分是最为耗时的部分，这是本文主要优化的部分。在分析了源程序算法的优缺点，并且广泛阅读了国内外相关研究成果的基础上，提出了新算法——基于内容的自适应搜索算法（NMVFAST），并在实际应用中加以验证，实验结果表明，该算法可以大大提高运算速度，并且对处理后的图像没有明显的影响。为了在嵌入式系统上实现优化程序，本文讨论了如何将源程序在ADSP-BF533上高效执行的问题。纯C语言程序在具体的嵌入式系统中的执行效率不高，我们采用了C语言和DSP汇编语言混合编程的方式，将C语言的优点和汇编语言的优点有机的结合起来，将核心程序改写成汇编语言后，进一步提高了整个程序的执行效率，文中给出了优化前与优化后的执行时间对比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 数字视频压缩技术的必要性和可能性
• 1.3 论文的主要工作和结构安排
• 第二章 视频编码技术及其标准介绍
• 2.1 视频压缩编码技术综述
• 2.1.1 基本结构
• 2.1.2 基于波形的编码
• 2.1.3 基于内容的编码
• 2.1.4 三维（立体）视频编码
• 2.2 现有的视频标准简介
• 2.2.1 视频编码发展历史
• 2.2.2 H.261和H.263标准
• 2.2.3 MPEG-1视频标准
• 2.2.4 MPEG-2视频标准
• 2.2.5 MPEG-4视频标准
• 2.3 H.264标准及其关键技术介绍
• 2.3.1 H.264的编码器框架
• 2.3.2 Profiles和Levels
• 2.3.3 编码格式与差错控制
• 2.3.4 片和片组的概念
• 2.3.5 帧间预测
• 2.3.5.1 树状结构运动补偿
• 2.3.5.2 运动矢量
• 2.3.6 整数变换与量化
• 2.3.6.1 H.264中的变换简介
• 2.3.6.2 整数变换
• 2.3.6.3 量化
• 2.3.7 熵编码
• 2.4 本章小结
• 第三章 运动估计算法及其改进
• 3.1 运动估计的基本原理
• 3.2 运动估计匹配准则
• 3.3 现有的运动估计算法
• 3.4 H.264源码中的运动估计算法
• 3.5 新的搜索算法
• 3.5.1 主要参考的研究成果介绍
• 3.5.2 新算法——基于内容的自适应搜索算法（NMVFAST）
• 3.6 实验结果和效果对比
• 第四章 算法在DSP平台上的优化
• 4.1 DSP芯片特点及开发平台简介
• 4.1.1 DSP芯片特点
• 4.1.2 DSP开发平台
• 4.2 编程方法
• 4.2.1 Blackfin中的C语言编程
• 4.2.2 Blackfin中的汇编语言编程
• 4.2.3 C语言和汇编语言的混合编程
• 4.2.4 软件编程流程和优化方法
• 4.3 若干程序的汇编优化实现
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的成果