H.264解码算法优化及在ARM上的移植

摘要

在信息化发展的当前，音视频等多媒体作为信息的载体，在社会生活的各个领域，起着越来越重要的作用。数字视频的海量性成为阻碍其应用的的瓶颈之一。在这种情况下，H．264作为新一代的视频压缩标准，以其高性能的压缩效率，成为备受关注的焦点和研究问题。H．264通过运动估计/运动补偿（MP/MC）消除视频时间冗余，对差值图像进行离散余弦变换（DCT）消除空间冗余，对量化后的系数进行可变长编码（VLC）消除统计冗余，获得了极高的压缩效率。随着嵌入式处理器性能的逐渐提升和3G网络即将商用的推动，H．264以其优秀的压缩性能，无论是无线信道传输方面，还是存储容量有限的嵌入式设备都具有广阔的应用前景。 但H．264在提升压缩性能的同时付出的代价是算法复杂度的成倍增加，实际应用中人们对视频解码的实时性要求严格，已出现的对应算法代码多基于PC通用处理器实现，而嵌入式设备的主频和处理能力仍然相对有限，存储容量相对较小，总线速率相对偏低，因此必须对标准对应算法进行优化移植，才能满足实际应用的需求。 本文在对H．264标准及其新特性进行详细介绍后，重点研究了在解码端如何针对解码耗时较多的模块进行改进，然后将算法移植到ARM平台，并针对平台特点作出相应优化，最后完成解码图象显示，并给出了测试结果。本文主要完成的工作如下： 详细分析了H．264的参考软件JM中解码流程，并利用测试工具分析了各模块耗时，针对耗时较多的模块如插值运算及去块滤波模块，提出了对应的改进算法并在H．264的参考软件JM86上进行了实现，PC测试实验证明了算法改进的优越性和运算优化的可行性。最后针对ARM平台，在对程序结构和对应代码进行优化之后，将其移植到WINCE系统之下，同时给出了WINCE平台解码后图象加速显示方法，并对最终测试结果与性能做出了评价。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3主要工作及内容安排

第2章H.264.视频编解码标准

2.1 H.264标准简介及档次划分

2.2 H.264解码器结构

2.3 H.264解码模块原理

2.3.1帧内预测

2.3.2帧间预测

2.3.3变换与量化

2.3.4熵编(解)码

2.3.5去方块滤波

2.4本章小节

3.1性能评估

3.2解码流程分析

3.3解码时耗分析

3.4内存分配的优化

3.4.1解码内存缓冲大小分析

3.4.2内存分配优化

3.5去块滤波算法优化

3.5.1去块滤波的必要

3.5.2帧内模式的快速边界预判

3.5.3帧间模式的快速边界预判

3.5.4算法改进测试

3.6帧间运动补偿亚象素插值优化

3.6.1运动矢量预测及插值研究

3.6.2插值运算的查表优化

3.6.3插值移位快速算法

3.6.4插值越界判断优化

3.2.3改进测试和分析

3.7本章小节

第4章基于ARM平台的程序优化

4.1 ARM选型介绍

4.2S3C2440 ARM平台结构分析

4.3程序结构优化

4.4 ARM平台的汇编优化

4.4.1除法运算的优化

4.4.2内存操作函数的优化

4.4.3反变换汇编优化

4.5本章小节

第5章解码器在目标平台WINCE系统上的移植

5.1 WINCE系统

5.2编译优化

5.3数据后期处理

5.3.1 YUV到RGB数据转换

5.3.2 WINCE上RGB数据显示

5.4综合测试

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的论文