h.264帧间编码算法の研究与dsp移植

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1、摘要H．264／AVC是ITU和ISO最新的视频编码标准，与现有的视频编码标准相比，H．264／AVC视频编码器能在保持相同图像质量的情况下节省至少50％的码率。由于其良好的压缩效率和网络适应性，H．264／AVC已在视频电话，数字电视广播，视频流媒体服务，压缩视频存储等领域得到广泛的应用。相对之前的标准，H．264采用众多新技术，这些技术能够有效地提高编码器的压缩性能，但是也大大增加了运算复杂度。因此，如何降低运算复杂度，提高编码速度是实现实时编码器的关键。首先，本文阐述了视频压缩技术的发展情况、最新的H．264视频标准的结构与特点。讨

2、论了H．264参考模型中的运动估计和模式选择的过程及特点，介绍了参考模型中的整像素穷尽运动匹配以及模式选择的算法。研究了视频序列中的时间与空间相关性，以及运动估计残差与宏块模式的关系，并提出了一种帧间宏块编码模式的快速选择算法。该算法利用运动估计的残差确定宏块模式，并利用子块残差与宏块残差的比值确定子块模式。给出了该算法以JM编码模型为基础，在PC平台上的实验结果。实验结果表明，本算法能够在不显著降低图像质量及增加码率的条件下，提高30％．50％的编码速度。其次，介绍了TMS320C6000DSP硬件平台的结构，包括CPU硬件结构、通用寄

3、存器组、功能单元与交叉通路，以及流水线的原理。介绍了TMS320C6000DSP特点及其软件开发、优化的方法。将H．264的编码模型T264移植至IJDSP上。利用软件流水、线性汇编等方法针对H．264编码器的多个耗时的运算模块进行优化。其中包括像素插值、帧内／帧间预测、整数DCT变换、量化等模块。然后，在CCS集成开发环境平台上，对优化结果进行了仿真。实验结果表明，经过了多个模块的优化，H．264编码器的运行速度大大提高。以600MHz为主频的DSP能够对QCIF格式的视频进行实时编码。最后，对本人在研究生阶段的学习作出了总结，并对未来

4、的研究作出了展望。将DSP的缓存优化、H．264编码算法的FPGA实现，以及在通用CPU上利用SIMD指令集优化作为今后的研究方向。关键词：H．264，帧间编码，DSP，软件流水，线性汇编AbstractH．264／AVCisastate-of-the-artvideocodingstandardproposedbyITUandISO．Comparedwithexistingvideocodingstandards，H．264／AVCcansaveaSmuchas50％bitratewhilekeepthesameimagequality

5、．Duetoitsoutstandingcodingefficiencyandadaptivitytonettransmission，H．264／AVChasbeenwidelyappliedinarangeoffields，suchasvideotelephone，digitaltelevisionbroadcasting,streammediaservices，compressivevideostoringandSOon．H．264usesavarietyofnewtechnologiestoimprovethecompression

6、efficiencyofencoder,butincreasescodingcomplexityquitealotinturn．So，howtodecreasethecomputingcomplexityandacceleratethecodingprocessisakeyelementofresearch．Firstofall，inthisdissertationthedevelopmentofvideocodingtechnologyandthestructureandcharacteristicofH．264videocodings

7、tandardareexpounded．TheprocedureandcharacteristicofmotionestimationandcodingmodedesicioninthereferencialmodelofH．264／AVCisdiscussedinthedissertation．Thealgorithmoffullpixelexhaustivemotionmatchingandmodedecisionisintroduced．Thenastudyoftimeandspacialdomaincorrelationandre

8、lationsbetweenmotionestimationresidualandMBmodeWasdemonstrated．AfastMBmodedecisionalgorithminint