面向多屏共享系统的H.264/AVC运动估计算法改进

摘要

随着科技的发展,智能手机、平板电脑、智能电视等越来越多的智能化家电走进了千家万户。数字家庭一种以计算机技术和网络技术为基础,各种家电通过各种互连方式进行通信及数据交换,从而实现家用电器之间的“互联互通”的技术,它可以使人们足不出户就可以更加方便快捷地获取信息,从而极大程度地提高人类居住的舒适性和娱乐性。多屏共享系统是在数字家庭的基础上发展出来的一种新兴应用,其功能在于帮助用户随时随地的访问其他设备上的多媒体资源。
　　H.264/AVC是一种由 ITU-T视频编码专家联合 ISO/IEC JTC1动态图像专家组共同提出的新一代高度压缩视频编码器标准。与以往的编码标准相比,H.264主要具有低码率、高质量图像、容错能力强、网络适应性强等特点。目前市面上绝大多数设备中的多屏共享系统均采用了标准的 H.264/AVC编码器。标准H.264/AVC编码器的数据压缩比高,在同等图像质量的条件下,H.264/AVC的压缩比是 MPEG-2的2倍以上,是 MPEG-4和 H.263的1.5到2倍,因此用在多屏共享系统上具有节省带宽的优势。然而标准编码器同时还具有高运算复杂度的特点,这使得用户在实际使用时硬件的运算负荷大,观看视频出现较大延时甚至卡顿等现象,用户体验不理想。
　　在 H.264/AVC编码器中,运动估计是耗时最高的环节。X264是一种 H.264/AVC的开源实现,因为其运行时简单高效的特性而被广泛的应用于各个领域。X264中一共提供了4种运动估计算法,分别是变换全局搜索算法(TESA)、菱形搜索算法(DS)、六边形搜索算法(HEX)和非对称十字形多层次六边形格点搜索算法(UMH)。
　　在本文中,我们深入研究了 X264提供的4种算法,然后对其中最适合多屏共享系统的六边形搜索算法进行了改进。另外,为了测试改进算法对系统延迟时间的影响,本文在目前市面上智能设备采用最多的 Android系统上搭建了一个模拟多屏共享系统的实验平台。通过实验对比发现,改进后的新算法与原算法相比编码速度得到了提高,同时编码的质量几乎没有下降;使用改进算法的实验系统拥有更短的延迟时间,用户体验得到了改善。

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1 绪论

1.1 项目背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文工作安排

2 H.264/AVC 编码器研究

2.1 H.264/AVC 编码流程

2.2 H.264/AVC 的档次和分级

2.3 H.264/AVC 的分层

2.4 H.264/AVC 的 DCT 和量化

2.5 本章小结

3 H.264/AVC 运动估计算法的改进

3.1 运动估计算法原理

3.2 块匹配准则

3.3 菱形搜索算法

3.4 六边形搜索算法

3.5 非对称十字形多层次六边形格点搜索算法

3.6 六边形搜索算法的改进

4 实验平台设计及关键模块实现

4.1 平台总体设计

4.2 软件开发环境搭建

4.3 屏幕截取模块的原理和实现

4.4 视频编码模块的原理和实现

4.5 网络传输模块的原理和实现

4.6 本章小结

5 实验方法设计与结果分析

5.1 编码器性能的测试

5.2 延迟时间的测试

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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