h.264关键算法的研究及应用

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1、独创性l声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：旧稼但日妍．础年‘月阳江苏大学硕士学位论文1．1课题研究的背景和意义第一章引言随着人类进入了信息化的时代，多媒体技术得到迅猛发展，与数字视频相关的应用场景也不断拓宽，如视频会议、Intemet流媒体、移动流媒体、远程监

2、控、数字视频点播等。视频信息具有直观、形象、准确、高效和应用广泛等特点，因此极易被人类接受。据统计人类接受的信息70％来自视觉。然而，未经压缩的原始视频数据，其数据量之大对于当前有限的传输带宽和存储空间都是难以承受的。因此无论是存储还是传输，数字视频都必须经过极大的压缩才能具有实际意义，这就使得视频编码技术成为多媒体技术的关键所在。在过去几十年的时问里，困际上已经成功地制定了面向各种应用的视频编码标准llJ。从MPEGl、MPEG2到MPEG4，从H．261、H．262到H．263都有一个共同的同标，即在尽可能低的码率(

3、或存储容量)下获得尽可能好的图象质量。尤其是最新发布的H．264视频编码标准，与以往任何编码标准相比，都具有明显的优势，其编码技术先进实用，具有更强的网络适应性并且它的基本层是公开的，不收取专利费，这就使它在多个领域具有广泛的应用前景12J。H．264作为新一代视频编码算法吸收了以往编码方案的优点，在视频压缩性能上得到了很大的提高，但足它的这些优点都是以引入成倍的复杂度为前提的。为了最大程度地提高编码效率，在H．264编码器中采用了基于全局搜索的算法，针对各种不同的编码模式，循环计算各种模式下的RDO(RateDisto

4、rtionOptimized)代价函数，比较并选择最小RDO代价函数所对应的编码模式作为最优的编码模式，从而造成H．264在算法复杂度和计算量上急剧增加13J，因此研究H．264视频编码算法以提高编码速度具有十分重要的理论与现实意义。随着集成电路技术和计算机技术的发展，嵌入式系统的功能越来越强大，体积越来越小，价格越来越低，使得嵌入式系统广泛应用于消费类电子产品中。所以，为了满足人们对视频信息的需求，研究视频编解码系统在嵌入式系统中的应用具有广阔的前景。1．2国内外的研究现状国际上有两个负责音视频编码的标准化组织，一个是

5、MPEG(MotionPictureExpertGroup)，它是国际标准化组织(InternationalStandardizationOrganization，ISO)下的运动图像专家组。另一个是VCEG(VideoCodeExpeIrtGroup)，它是国际电信联盟(IntemationalTelecommunicationUnion，ITU)T的视频编码专家组。多媒体江苏大学硕士学位论文技术的飞速发展，正是归功于ITU和ISO推出的一系列针对不同应用领域的数字视频编码标准。其中H．264是由ISO和ITU合作制定

6、的新一代视频编码标准‘叭。其主要目的是提高压缩效率，并且为实时类应用(视频电话)和非实时类应用(存储、广播或者流媒体)提供一个优良的视频压缩编码通用工具。H．264标准比以前的视频编码标准有了很大的改进，编码效率得到了极大的提高。1．2．1理论上的研究现状目前，对H．264的理论研究主要集中在如何加快编码速度和提高图像质量上。由于在整个编码的过程中，运动估计和模式选择占了整个编码时间的很大部分，复杂性较高，所以现在主要是针对运动估计和模式选择部分的研究。在运动估计方面，最新的各种运动估计算法都对起始点预测、阈值选择以及模

7、板选择进行了研究，通过组合优化各种信息能够在保证编码质量的前提下进一步缩短运动估计时间。在帧内预测模式选择方面，现有各种快速帧内预测模式选择算法在图像特性、程序优化以及率失真模型等方面作了研究，提出了很多降低预测复杂度的算法，但针对图像特性仍可以做更多的研究，从而进一步降低预测的复杂度。对于变换量化、熵编码和滤波等部分算法基本上固定，主要是寻求有效的编程实现方法15J。1．2．2应用上的研究现状H．264优异的压缩性能使得它在视频通信领域、数字广播电视领域、网络视频流媒体传递以及视频存储播放等领域发挥重要作用。1．在视频

8、通信领域中的应用由于H．264是在H．26L的已有成果基础上由JVT[6J完成标准最后制定的，而H．26L首先就是针对视频实时通信应用的，例如，会议电视、可视电话等应用，因此，H．264在视频实时通信领域首先得到了应用，到2004年2月为止，国外声称已经可以提供基于H．264的会议电视产品的公司有POLYCOM、TA