AVS视频编码标准的帧间预测算法的研究及其在DSP上的实现

摘要

快速编码算法是改善通信系统视频压缩效果的关键技术，我国具有自主知识产权的新一代视频编码标准.AVS(音视频编解码技术标准，Audio Video coding Standard)在高清数字视频及网络多媒体应用方面表现出良好的性能和较低的复杂度。本文改进了AVS算法帧间预测部分，提高了搜索效率。在DSP嵌入式系统中对AVS算法进行了芯片级的优化，使之更加适合于实际工程中的应用。实时实现AVS编码器的硬件平台选取本实验室自主设计的基于DM6446(达芬奇)芯片的实验板，硬件仿真结果表明，优化后的代码与原来的C代码相比，帧率提高了25倍左右。 根据实时性和提高编码质量的要求，本文以实际应用为背景对AVS算法标准中的相关部分进行了深入研究，主要完成3个方面的工作: 首先在广泛阅读国内外大量文献的基础上提出了改进帧间预测中最耗时的整像素搜索算法的方案。实验结果表明，与原有的搜索算法相比该方案可以在图像质量基本不降低的前提下，搜索点数约为原来的20％，提高算法的运行速度。 其次介绍了AVS算法标准在PC机上实时实现的过程。由于目前业界仅有测试版本的AVS代码，远没能达到实际应用的要求，因此课题组通过分析和优化代码结构，自行设计研发出运行在PC机上能够实时编码的AVS代码(QCIF 20fps)。 最后开展了在DSP环境下优化AVS代码的研究工作。采取了诸如合理分配存储空间，优化数据结构，提高Cache命中率以及有效利用DMA资源等多种优化手段来提高TMS320DM6446极其有限的内存资源的使用效率，最终使代码执行效率大大提高。 本文通过上述方法，使AVS程序能够很好的在TMS320DM6446上运行，且帧率达到13 fps，这对于在DSP上进一步开发视频压缩算法有着重要的意义，有利于AVS算法在DSP上的实时实现。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外视频压缩编码标准的发展及现状

1.3 AVS视频编码标准介绍

1.4视频编码中的帧间预测算法

1.5 AVS编码算法在嵌入式平台下的实现

1.6本文的主要工作以及组织结构

第2章AVS视频压缩编码标准原理

2.1 AVS编码标准中的码流结构

2.2 AVS码流的编码过程

2.3 AVS标准中的关键技术

2.3.1帧内预测

2.3.2帧间预测

2.3.3亚像素插值

2.3.4整数变换量化

2.3.5环路滤波

2_3.6熵编码

2.4 AVS与H.264标准的比较

第3章AVS标准中帧间预测算法研究

3.1帧间预测的基本原理

3.1.1运动估计的概念

3.1.2选择匹配块的大小

3.1.3匹配准则

3.1.4搜索模式

3.2AVS标准中的帧间预测

3.2.1参考图像的选择

3.2.2分像素插值算法

3.2.3运动矢量预测

3.2.4 Skip模式下运动矢量的确定

3.3对帧间预测模式的改进

3.3.1对预测流程的改进

3.3.2 Skip提前预判

3.4对搜索算法的改进

3.4.1测试代码中的算法

3.4.2本文的算法

3.5实验结果

第4章基于DM6446的算法实现和优化

4.1 DM6446系统概述

4.1.1TM320DM6446介绍

4.1.2达芬奇开发板介绍

4.2 DSP平台下的软件开发

4.2.1开发流程

4.2.2开发工具

4.3代码移植所需的调整

4.4代码的产生

4.5代码优化

4.5.1使用优化编译选项

4.5.2 Cache的使能

4.5.3合理分配存储空间

4.5.4汇编级优化

4.5.5 EDMA的使用

4.6实验结果及效果对比

第5章总结与展望

5.1本文工作总结

5.2本文中的不足

5.3后续工作的重点

参考文献

致谢

攻读研究生期间发表过的论文