基于媒体数字信号处理器的H264编码关键算法的实现和优化

浙江大学信息科学与工程学院硕士学位论文基于媒体数字信号处理器的H.264编码关键算法的实现和优化姓名：孙梓霞申请学位级别：硕士专业：信息与通信工程指导教师：刘鹏20080101基于媒体数字信号处理器的H.264编码关键算法的实现和优化作者：孙梓霞学位授予单位：浙江大学信息科学与工程学院相似文献(10条)1.学位论文黄帅基于MPEG-4的视频编码研究与实现2005视频压缩编码技术是多媒体通信中的关键技术之一。MPEG-4视频压缩编码标准是国际标准化组织ISO的运动图像专家组MPEG于1999年推出的新一代面向对象的视频压缩标准。它引入了视频对象的概念，从内容层次上对视频数据进行压缩。与以往的视频编码标准不同，MPEG-4定义的是一种框架，一种压缩格式，而不是具体的实现算法和实现工具，研究人员可以从不同的角度对MPEG-4进行探讨、实验，随时嵌入、填充不同的算法、构件以完成人们的需求。本文首先介绍了视频编码的基础及各种视频编码标准，以及MPEG-4的特性，并详细阐述了MPEG-4中基于视频对象平面编码的编码流程。论文的重点是研究和设计了一套快速运动估计算法，运动估计是视频编码方案中的关键技术之一。本文在分析了各种快速运动估计算法的基础上，充分利用了序列图像的运动矢量时间、空间分布特性——中心偏移性和相关性，并结合连续消除算法(SEA)提出了一种新的运动估计算法——基于连续消除的六边形自适应搜索算法(SEA-HMVFAST)，大大提高了运动估计的速度。最后本文设计、实现了一种基于MPEG-4的编码器，经试验对比，其性能优于MPEG-4的参考编码器。2.学位论文贺词可伸缩视频编码与多视角视频编码的差错控制方法研究2009近年来，随着网络技术及多媒体应用的不断发展，对于视频编码技术的研究不再仅仅局限于压缩特性。由于用户终端的多样性和网络条件的异构性，用户对视频的分辨率、帧率、质量等都有着不同的需求，这些对传统的视频编码标准提出了挑战。目前解决这一问题的最好方法之一就是可伸缩性视频编码，现已被正式接受为国际标准。多视角视频编码是最新制定的一个国际标准，多个视角提高了视觉质量体验，并且视角间具有相关性，可以对其进行有效的编码压缩。由于信道传输中大量存在的衰减、误码和数据丢失，这些错误在编码码流中扩散，严重影响视频质量。因此，视频编码中的差错控制显得十分重要，因此研究可伸缩视频编码和多视角视频编码中的差错控制具有一定的理论意义和广泛的应用价值。本文在可伸缩视频编码和多视角视频编码国际标准的框架上，研究其中的一些差错控制技术，主要工作和创新在于：一、提出了一种基于冗余图像的可伸缩视频编码中的错误弹性方法。冗余图像是是一种比较有效的对抗丢包的手段，是视频编码中一个重要的错误弹性编码方法，目前在可伸缩视频编码标准中已经作为工具使用。增加冗余可以提高编码的传输鲁棒性，但同时也会因增加码率而降低编码效率，因而编码时需要合理的生成和分配冗余图像。结合可伸缩视频编码传输中对于基本层的非对称保护，本文提出通过对增强层的关键图像添加简单复制的冗余图像，在原图像丢失出错而冗余图像存在的情况下，通过对冗余图像进行解码，阻止错误传播。相比于其他的一些差错控制方法，该方法在没有增大编码复杂度，没有增加过多冗余的同时，显著地提高了丢包出错情况下的错误弹性效果。二、提出了一种基于视差映射的多视角视频编码中的差错控制方法。本文提出的方法利用多视角视频视间运动信息的相关性，在编码端生成视间的视差映射，再将该映射信息打包到视频码流中，从而在解码端可以依靠映射恢复丢失帧的运动信息，再结合视内时间上的纹理信息相关性，通过已解码帧进行运动补偿最终得到恢复出发生错误丢失的帧。本文对所提的可伸缩视频编码错误弹性方法和多视角视频编码差错控制方法进行了大量实验，实验结果表明，相对于以往的技术，本文所提方法显著地提升了视频编码的抗差错性能，提高了易错环境下视频的客观和主观质量。3.期刊论文史萍.SHIPing分布式视频编码在视频压缩中的应用-电视技术2007,31(12)阐述了分布式视频编码的理论基础,即Slepian-Wolf无损源编码理论和Wyner-Ziv有损源编码理论,介绍了分布式视频编码技术在视频压缩中的应用,并对其中关键技术的最新研究进展进行了综述,最后给出了结论及今后的研究方向.4.学位论文邹鑫馨基于3D-DCT的视频编码实现2009随着数字技术的发展，视频信息已在人们的工作生活中获得了广泛应用。特别是我国3G时代的来临以及互联网的进一步普及，人们利用便携式终端进行视频通话、手机电视、视频会议等的需求越来越迫切，这些甚低码率信道对视频压缩提出了更加苛刻的要求。传统视频压缩方法采用了帧间运动补偿/2D-DCT模式，当帧间变化很大或是物体具有旋转变化时，将导致匹配失真，运动估计效率会下降很多，而且运动搜索匹配的计算量相当大，不适合实时领域的应用，也不便于嵌入式设备的实现。论文摒除了传统视频压缩标准，对基于3D-DCT的视频编码进行了深入的研究，着眼点在于嵌入式平台上实时视频通信的实现。首先，对3D-DCT视频编解码算法进行讨论并做了适当改进。结合binDCT快速算法实现了3D-DCT的快速整形变换；熵编码过程中，提出了一套背景复用技术，并且改进了Huffman编码表，极大的提高了压缩比，缩短了编码耗时；解码恢复后，提出了一套去方块滤波模型，改善了图像的主观视觉效果。改进后的算法计算量小，压缩比高，结构简单，更加适合在嵌入式平台上的实现。其次，论文还研究了3D-DCT视频压缩的码率控制，针对3D-DCT变换量化后的系数特点，提出了基于p域源模型的码率控制算法，并且在码率分配、参数更新各步骤中融合了背景复用技术，表现出了很好的性能。最后，将改进的所有算法在Linux系统下，用Qt/Embedded编程实现，并使用YLP2440开发板在ARM9平台上调试运行，验证了论文中的算法在嵌入式移动设备上应用的可行性。5.学位论文鄂志东基于Windows平台的X.264视频压缩研究2006进入信息时代之后，信息传递的技术得到了巨大的发展，图像通信技术在电子信息领域的地位越来越重要。随着多媒体技术的不断成熟，人们已不再满足于单纯的话音业务，对新的业务种类，业务质量等方面都有了更高的需求。伴随着数字视频编码技术在不断发展和成熟，出现了大量视频编码应用方案。在桌面系统中，得到广泛应用的Windows平台提供了一套底层应用程序编程接口，便于实现高性能多媒体应用，视频数据流的高质量压缩和回放，为视频应用开发提供了基础平台。由Windows承载多媒体业务，具有诸多技术优势，因此是视频编码发展的方向之一。本论文的工作就是围绕基于Windows平台的X．264视频压缩的应用而展开的，研究的焦点是X．264视频压缩编码技术在Windows平台上的应用解决方案与性能测试。本文首先探讨了视频压缩的必要性和可行性，人眼的视觉特性，并对视频编码的原理、视频编码技术，并对VTune测试工具做了简要的介绍，之后分析了H．264编码标准及其技术特点。然后重点对基于Windows平台视频处理技术进行研究，深入地探讨基于W'mdows应用程序编程接口DirectShow的程序设计方法，并进行了深入的探讨和研究。基于前面的分析，从实际应用出发，本文给出了X．264Filter开发的具体方法。在提出了总体设计框架后，从功能要求、设计原则和系统组成等方面系统阐述了软件实现的设计思路。接下来提出了具体的编程方案，并着重分析了Windows平台上采用X．264方案的模块与接口。接着比较了X．264和H．264两种方案的特点，指出X．264的方案更适合Windows平台下的应用。然后，根据前面分析的结果，利用VC++．NET作为编程环境，给出了相应的解决格式转换、视频压缩、文件存储、同步回放等问题的解决方法。通过VC++．NET与DirectShow相结合，实现了YUV文件的播放与压缩，实现了X．264的功能。在实现所有功能后，结合实际，重点对视频压缩特性进行了全面的测试，为下一步的应用提出了参考依据。最后，对于本文研究的问题、解决的方法作了一个完整的结论。6.学位论文方健新一代视频压缩标准算法和应用研究2008随着多媒体和计算机网络技术的发展，数字视频压缩在许多领域中得到了广泛的应用，包括可视电话、视频会议、IPTV和数字电视等。为了满足不断发展的应用需求，近几年来，许多国际标准组织相继制定发布了一系列新的视频压缩标准。其中以H.264、AVS和VC-1为代表的压缩标准，由于具有比以往标准更出色的性能，被人们称为新一代视频压缩标准，它们是目前的研究热点。本文以新一代视频压缩标准为研究对象，主要针对视频编解码架构、帧内预测、帧间预测、变换算法和环路滤波等方面，进行了深入地分析和研究，并提出了多种优化算法和实现结构。其中大部分算法已经在ASIC设计和。FPGA平台中得到验证，发挥了稳定的性能。首先以H.264为例，本文对视频编码的实时性能瓶颈--帧间预测和帧内预测进行了研究。针对帧间预测，分别提出了基于量化步长的自适应提前终止整像素快速估计算法，和基于平坦区域预测的分像素快速估计算法。针对帧内预测，提出了一种基于模式统计和全零块判决的快速搜索算法。实验证明，在保持图像压缩质量和压缩效率的前提下，这些快速算法有效地降低了帧间预测和帧内预测复杂度。和原来相比，通过算法改进后的视频编码速度提高了1倍。本文接着重点研究了多标准视频编解码器。根据新一代视频压缩标准的特点，目前提出了多种视频多媒体实现架构，各有优缺点。立足于自身的设计经验，文章提出了基于MPU和ASIC架构的多标准视频编解码平台。基于ASIC的实现，使该平台具有成本低、功耗低和处理能力强的特点；而新颖的软硬件协同工作机制，弥补了其在灵活性和扩展性上的不足。和其它视频处理器相比，具有更强的市场竞争力。接着，本文主要针对多标准解码平台中的反变换部分进行了研究。新一代视频标准支持8x8DCT变换、8x8整数变换、4x4整数变换、8x4整数变换和4x8整数变换。为了实现解码兼容，提出了基于8x8块的归一化反变换算法。该算法通过蝶型运算的矩阵改造和8x8反变换重构，获得了统一的反变换算法结构。在此基础上，提出了适用于多标准解码的反变换实现结构。该结构在满足变换处理的同时，有效节省了硬件资源。然后，本文研究了多标准解码平台中的环路滤波部分。通过调整数据结构，提出了优化的滤波顺序，实现了H.264和AVS的一致性去块滤波；对于VC-1，通过扩展参考数据，调整滤波顺序，实现以宏块为单位进行交迭滤波和去块滤波。基于算法优化，提出了多标准解码的环路滤波实现结构。该结构很好地解决了环路滤波复杂度高和数据吞吐量大的问题，同时提高了资源的复用率。另外，对于局部宏块的出错数据，文章提出了错误掩盖宏块的去块滤波设计方法，提高了图像质量。最后，对全文工作进行了总结和展望。7.期刊论文史萍.SHIPing分布式视频编码在视频压缩和容错视频传输中的应用-中国传媒大学学报（自然科学版）2007,14(3)本文阐述了分布式视频编码的理论基础,即Slepian-Wolf无损源编码理论和Wyner-Ziv有损源编码理论.介绍了分布式视频编码技术在视频压缩及容错视频传输中的应用,并对其中关键技术的最新研究进展进行了综述.最后给出了结论及今后的研究方向.8.学位论文韩青H.264/AVC视频编码及其差错控制技术研究2008H.264/AVC视频压缩标准是ITU-T视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(MPEG)共同制定的最新视频压缩国际标准。与先前的视频压缩标准相比，H.264/AVC在压缩性能上有了很大的提高，并具有较高的网络友好性，可以广泛应用于会话(视频电话)和非会话(存储、广播、流媒体)等视频领域。在H.264/AVC视频编码过程中，编码时间受诸多因素的影响，如帧间/帧内模式选择、运动估计(ME)、率失真优化(RDO)等。为了以较快速度和较好质量进行编码，针对H.264/AVC帧内模式选择，本文