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H.264/AVC視頻PILZ編碼器實現(xiàn)
H.264/AVC是ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG聯(lián)合制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),它采用和發(fā)展了近幾年視頻編碼領(lǐng)域的*技術(shù),以高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性著稱。H.264仍是基于運動補償混合編碼方案,同以往視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別在于：增強的運動預(yù)測能力；準(zhǔn)確匹配的較小塊變換；自適應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波器；增強的熵編碼。

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測試結(jié)果表明這些新特性使編碼效率比以往的標(biāo)準(zhǔn)約提高50%,但PILZ編碼器復(fù)雜度同時也增加了。為了達(dá)到高性能的編碼目標(biāo),H.264采用的新的編碼技術(shù)中使用了大量復(fù)雜度*的算法,這些算法的使用直接影響到H.264PILZ編碼器在實時視頻編碼領(lǐng)域的應(yīng)用。首先簡要介紹了H.264標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,接著對H.264標(biāo)準(zhǔn)的核心算法進行了詳細(xì)的分析研究,再結(jié)合當(dāng)前各嵌入式平臺上的H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)情況,論述了采用ADI Blackfin DSP平臺實現(xiàn)H.264實時編碼算法的優(yōu)勢。然后,對X264開源編碼模型進行了深入的研究,主要是模型的函數(shù)調(diào)用關(guān)系、核心模塊實現(xiàn)過程,清晰的展示了X264編碼模型的算法主流程,并進行試驗分析部分算法模塊的運算復(fù)雜度,確定重點優(yōu)化的對象。在PILZ編碼器的實現(xiàn)部分,論文介紹了ADSP-BF561處理器及PILZ編碼器的開發(fā)環(huán)境。然后重點介紹了PILZ編碼器的移植過程,給出未優(yōu)化前PILZ編碼器部分模塊的運行時間分析。在PILZ編碼器在Blackfin DSP上的實現(xiàn)及優(yōu)化方面,分析了BF561的開發(fā)原理和DSP代碼的優(yōu)化方法。H.264/AVC作為ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG聯(lián)合制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),近年來已經(jīng)在學(xué)術(shù)界和工程界得到深入研究,并開始引入實際應(yīng)用領(lǐng)域。相比之前的視頻標(biāo)準(zhǔn),H.264在壓縮率、圖像質(zhì)量、傳輸魯棒性等方面都有著*的優(yōu)勢,但這些*性能是以大幅度增加視頻算法的復(fù)雜度為代價的,在標(biāo)準(zhǔn)推出的初期,很難應(yīng)用到實際項目中。隨著對視頻算法研究的深入和巨大潛在市場的吸引,目前設(shè)計實時視頻PILZ編碼器已成為各大廠商和科研機構(gòu)追求的目標(biāo)。以H.264實時視頻PILZ編碼器的設(shè)計、移植和優(yōu)化為主題,完成從建立MATLAB仿真模型到提出改進的快速編碼算法,再到基于VC++和DM643平臺完成H.264實時視頻PILZ編碼器設(shè)計、移植和優(yōu)化。在運動估計部分,針對大多快速搜索算法易陷入局部極小值或引入錯誤的搜索方向,提出一種基于八邊形網(wǎng)格的塊匹配算法,使搜索速度提高42.4%;在幀內(nèi)預(yù)測模塊,采用Sobel算子預(yù)先檢測圖像紋理,并利用檢測信息快速剔除多余的候選模式,使幀內(nèi)預(yù)測速度提高61%;在幀間預(yù)測模塊,采取利用CBP和MVD信息和早期判決SKIP模式的策略對幀間預(yù)測模式進行預(yù)先分析和處理,使幀間預(yù)測模塊速度提高了53%?；趯崿F(xiàn)H.264基本檔次PILZ編碼器的設(shè)計要求,在VC++壞境下完成H.264視頻算法的裁剪、移植和優(yōu)化,使H.264視頻PILZ編碼器的編碼速度達(dá)到CIF 44fps。zui后,在TI DM643平臺上完成了H.264代碼的算法級、系統(tǒng)級和指令級優(yōu)化,將H.264視頻PILZ編碼器的編碼性能達(dá)到CIF 20fps。在取得與原有圖像質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯?力求降低視頻編碼的復(fù)雜度并盡可能地提高H.264的編碼速度。改進的H.264編碼算法為設(shè)計H.264實時PILZ編碼器提供了理論支持,基于VC++和TI DM643所做的設(shè)計、移植和優(yōu)化也為實現(xiàn)H.264實時PILZ編碼器提供了參考方案,對開發(fā)H.264產(chǎn)品具有一定的理論和實踐意義。

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通過系統(tǒng)級優(yōu)化、指令和代碼優(yōu)化等綜合手段,并充分利用DSP強大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的媒體處理指令來進行優(yōu)化工作。實驗結(jié)果表明,采用的優(yōu)化策略提高了X264視頻PILZ編碼器的實時性能,充分發(fā)揮了ADSP-BF561處理器的強大性能,zui終對于QCIF格式視頻序列的編碼速度可達(dá)到15fps左右,達(dá)到了較好的編碼效果。