H.264/AVC实时视频编码器与解码器的实现

摘要

多媒体信息技术的高速发展,给人们带来了多姿多彩的生活.不断增长的社会需求也对信息技术提出了更大的挑战.而视频编码技术是解决视频传输的核心技术,经过近二十年的不泄努力,从MPEG-1到MPEG-4 AVC(H.264),视频编码技术得到了广泛的应用.本文基于最新国际视频编码标准H.264/AVC,以提高编码器与解码器软件执行速度为目标,参考H.264/AVC测试模型JM基本算法,在保证其原有的率失真特性条件下,重新设计程序框架与数据结构,提出新的编码与解码算法,解决编码器与解码器实时实现的问题.本文主要从三个方面进行了阐述:第一、H.264/AVC解码器核心C代码的设计与优化.主要从数据结构与程序结构,以及核心算法上提出优化建议.采用了更为简洁的数据结构和更为高效的程序结构,减少程序中不必要的重复判断,并在取码、运动补偿与CAVLC熵解码上提出了更为高效的算法.第二、基于ADI BlackFin533 DSP的H.264/AVC解码器优化.从DSP硬件架构特点出发,主要从内存占用量与分配上的优化,及其相关汇编指令并行编码优化两方面解决解码的速度问题,并对相关算法进一步优化,充分利用DSP的DMA传输,有效地提高了代码执行速度.第三、H.264/AVC编码器的设计与优化.采用了新的更为高效的程序架构,在此基础上,提出了新的运动估计算法,帧内预测模式决策算法与帧间预测模式决策算法,与此同时,对率失真优化模型作了一定的简化,并作了一些有益的探讨,一定程度上保证了原有率失真特性,有效地提高了编码器的编码速度.

目录

文摘

英文文摘

说明

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

§1.1数字视频编码发展历程

§1.1.1视频编码关键技术的研究

§1.1.2 ITU-T与ISO/IEC MPEG视频编码标准的制定

§1.1.3现代视频编码技术(MPEG-4，H.264)

§1.2 H.264编码系统的优势及其实时视频编解码研究的必要性

§1.2.1 H.264编码系统相对以前标准编码系统的优势

§1.2.2 H.264实时编码与解码软件研究的必要性

§1.2.3视频编码器与解码器软件加速策略

§1.3本文内容安排与研究成果

§1.3.1论文内容安排

§1.3.2研究生期间主要研究成果

第二章H.264视频编码方法概述

§2.1 H.264发展概况

§2.2 H.264网络抽像层(NAL)

§2.2.1 NAL单元

§2.2.2序列参数集与图像参数集

§2.3 H.264视频编码层(VCL)

§2.3.1 Baseline所包含的主要视频编码技术

§2.3.2 Main Profile所包含的主要视频编码技术

§2.3.3其它视频编码与解码技术

§2.4 H.264应用前景

第三章H.264解码器的设计与优化实现

§3.1 H.264视频解码器数据结构与程序结构设计

§3.1.1数据结构优化

§3.1.2程序结构优化

§3.2 H.264视频解码器主要算法的优化设计

§3.2.1 CAVLC熵解码码表的优化

§3.2.2运动补偿算法优化

§3.3 H.264视频解码器性能测试

第四章基于ADSP BLACKFIN平台的H.264视频解码器软件优化实现

§4.1 ADI BF533 DSP硬件架构

§4.1.1硬件总体架构

§4.1.2.处理器核心架构

§4.1.3.内存架构

§4.1.4.直接内存访问(DMA)

§4.2基于ADSP BF533平台的视频解码器软件架构设计

§4.3基于ADSP BF533平台的解码器算法优化

§4.3.1取码流程的优化

§4.3.2内存占用量的优化

§4.3.3解码流程的优化

§4.4基于ADSP的解码器汇编指令的优化

§4.5基于ADSP BF533解码器的性能测试

第五章H.264/AVC编码器的设计与优化实现及其运动估计算法研究

§5.1 H.264视频编码器数据结构与程序结构设计

§5.1.1编码器数据结构

§5.1.2编码器程序结构

§5.2 H.264运动估计算法设计

§5.2.1 H.264/AVC运动补偿新特征

§5.2.2整像素运动估计算法设计与实现的优化

§5.2.3亚像素运动估计算法设计与实现的优化

§5.3 H.264视频编码其它关键算法的优化设计

§5.3.1率失真优化(RDO)模型

§5.3.2率失真优化(RDO)模型在帧内预测模式决策的优化

§5.3.3率失真优化(RDO)模型在帧间宏块类型选择的优化

§5.4 H.264视频编码器性能测试

第六章结束语与展望

§6.1对已完成工作的自我评介

§6.2对将来工作的建议

攻读硕士学位期间发表的论文与申请的专利

参考文献

致 谢