高速高保真H.264编码器的设计及移植

论文摘要

近年来,H.264卓越的压缩效率吸引了大量的关注,其压缩比、保真度和网络适应性等优势更是倍受视频专家的亲睐。目前,H.264技术主要被应用于流媒体和视频广播,随着人们对视频压缩的要求越来越高,传统H.264本身高复杂度和有限处理速度的矛盾越来越明显。如何降低H.264技术复杂度,实现视频的高速高保真压缩应用已成为一个急需解决的问题。本文引入了一种利用H.264编码手段解决高速高保真（简称HSHF:High-Speed & High-Fidelity）压缩编码问题的方法。首先,在对x264开源编码器的研究基础上,通过重组、删减和改进x264开源编码器的几个模块完成x264只I帧编码器的抽取；其次,针对原H.264标准中遍历所有预测模式在高速高保真应用中带来的高计算量问题,本文提出HSHF帧内改进算法,该算法利用固定区域固定预测模式的方式使得传统H.264编码器中的I帧编码冗余大量减少,编码器的编码速度得到二次提升,本文设计的编码器编码速度相比只I帧编码器编码速度提高1-2倍以上,重建图像的保真度下降不到0.1dB；最后,本文将编码器移植到DaVinci系列TMS320DM6446平台,实现了嵌入式平台独立编码的功能。通过对有汇编优化的x264、无汇编优化的x264以及只I帧的编码器进行编码对比：本文设计的编码器具有速度提增益6倍以上、保真度41dB以上、压缩比8：1以上,并且对大图像、内容较少、运动剧烈的序列有着明显的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 H.264编码的国内外研究现状
• 1.3 研究思想和研究内容
• 2 开源x264编码器关键编码技术研究
• 2.1 x264的层次及功能定义
• 2.2 帧内预测模块
• 2.3 核心编码模块
• 2.4 码率控制模块
• 3 高速高保真H.264编码器的总体设计
• 3.1 编码算法的总体流程
• 3.1.1 数据读入模块
• 3.1.2 扫描顺序模块
• 3.1.3 邻近信息缓存模块
• 3.1.4 固定区域预测模块
• 3.1.5 宏块级编码模块
• 3.2 编码器的工程实现流程
• 3.2.1 x264顶层工程
• 3.2.2 libx264编码工程
• 4 高速高保真帧内改进算法设计
• 4.1 原标准存在的问题
• 4.2 高速高保真帧内改进算法
• 4.2.1 改进算法的出发点
• 4.2.2 改进算法的操作流程
• 4.3 改进算法的性能及综合评价
• 4.3.1 标准测试序列的编码结果
• 4.3.2 数据中反映出特性及优势
• 5 高速高保真编码的嵌入式系统移植
• 5.1 主流嵌入式平台对比及介绍
• 5.1.1 单片机平台
• 5.1.2 ARM平台
• 5.1.3 FPGA平台
• 5.1.4 DSP平台
• 5.1.5 DaVinci平台
• 5.2 DaVinci技术平台开发过程
• 5.3 编码器的DaVinci系统移植
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢