基于fpgah264运动估计算法优化和实现

《基于fpgah264运动估计算法优化和实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TP37论文编号：102870312-S260学科分类号：080402硕士学位论文基于FPGA的H.264运动估计算法优化与实现研究生姓名郭晓珉学科、专业测试计量技术及仪器研究方向计算机测控系统指导教师姚睿副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一二年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringH.264MotionEstimationAlgorithmOptimizationandRealizationbasedonFP

2、GAAThesisinInstrumentationScienceandTechnologybyGuoXiaominAdvisedbyAssociateProfessorYaoRuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2012承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使

3、用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要H.264是由ITU-T视频编码专家组VCEG（VideoCodingExpertsGroup）和ISO/IEC运动图像专家组MPEG（MovingPictureExpertsGroup）共同制定的视频编码标准，具有高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等优点，在数字电视广播、视频实时通信、网络视频流媒体传输等方面已广泛应用。但是现有的H.264标准编码

4、的计算复杂度却比以往标准高出几倍甚至几十倍，单纯用软件很难达到实时编码的要求。为了缩短编码时间，提高编码系统的工作效率，有必要针对软件中耗费时间和资源较多的运动估计模块进行算法优化，并通过硬件来实现以提高编码效率。本文基于上述思想，研究基于FPGA的H.264运动估计算法优化与实现，主要工作包括：（1）阐述了H.264视频编码标准的特点、编解码结构以及主要编码技术。运动估计是整个H.264编码的核心，其计算量占整个编码环节的80%左右。本文主要介绍了H.264块匹配运动估计方法，详细介绍了现有几种经典块匹配运动估计算法，分析了现有快速运动估计算法的优缺点。（2）为减少运动估计计算

5、量，提高视频编码效率，本文提出了基于运动强度的运动估计搜索（MEMI）算法。该算法通过定义运动强度概念来反映帧间图像运动的剧烈程度，依据当前帧的运动强度信息预测下一帧的运动情况，并选择不同算法进行运动搜索：当运动强度高于设定阈值时选用非对称十字型多层次六边形格点搜索（UMHexagonS）算法，低于该阈值时选用改进的六边形算法。实验仿真结果表明，该算法能在保证图像质量和压缩效果的基础上，大幅提高编码效率，并可通过调节阈值大小满足不同的编码要求。（3）基于FPGA硬件描述语言Handel-C设计并实现MEMI算法，将算法移植到FPGA平台上。本设计实验板的FPGA芯片采用Xilin

6、x公司的Virtex-EXCV2000E，把设计的运动估计模块下载到实验开发板中测试，验证了设计的可行性与正确性。测试结果表明，MEMI算法采用硬件实现与软件实现相比，运动估计时间大幅减少，编码帧率可以达到15.37f/s（帧/秒）。关键词：H.264，运动估计，运动强度，FPGA，Handel-CI基于FPGA的H.264运动估计算法优化与实现ABSTRACTH.264isthevideocodingstandardjointlydevelopedbyITU-TVideoCodingExpertsGroup(VCEG)andISO/IECMovingPictureExperts

7、Group(MPEG).TherearemanyadvantagesinH.264suchashighcompressionratio,highimagequality,excellentnetworkcompatibilityandsoon.Itisappliedinmoreandmorewidespreadfieldsuchasdigitaltelevisionbroadcast,real-timevideocommunication,networkvideostreamin