基于H.264帧间预测解码的研究及高效VLSI实现

摘要

随着通信和计算机技术的迅猛发展，人类进入了全新的多媒体时代。作为多媒体中最重要、最具表现力和最复杂的部分，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用。同时，视频传输与处理成为学术界和工业界研究的热点。 H.264是联合视频工作组(JVT：Joint Video Team)开发的最新一代的视频压缩标准，代表了目前视频编码领域的最高成就。在混合编码架构的基础上，H.264对很多关键部分进行了重大改进，包含了许多新特征，如高精度、多参考帧的运动估计与补偿、高效的熵编码等。在编码质量和压缩比上比原有的视频编码标准都有了明显的提高。在相同的视觉感知质量上，编码效率比H.263和MPEG-4提高了50％左右，并且有更好的网络友好性。 从总体上说，H.264性能的改善是建立在增加复杂性和实现成本的基础上的。其中，帧间预测解码部分是H.264解码端的主要的访存和计算瓶颈，相对于以往的标准难度增加了很多，其结构设计是否高效直接影响其解码实时性。 本文的核心工作就是在深入研究H.264 帧间预测技术的基础上，采用三级流水线实现了帧间预测解码的VLSI设计。仿真及在H.264解码器中的实际应用证明这一设计完全能够满足H.264标准下的实时解码要求。

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2视频编码原理及方法

1.2.1视频编码原理

1.2.2视频编码方法

1.3视频编码标准概述

1.4研究内容以及论文结构

第二章H.264视频编解码介绍

2.1 H.264视频编解码标准介绍

2.1.1视频编码概念

2.1.2名词解释

2.1.3 H.264的特点

2.2 H.264编解码器结构

2.2.1 H.264编码器

2.2.2 H.264解码器

2.3 H.264提高编码效率的技术特点

2.3.1帧内预测

2.3.2帧间预测

2.3.3整数变换与量化

2.3.4去方块滤波

2.3.5熵编码

2.4本章小结

第三章帧间预测解码处理原理

3.1概述

3.2MV分量及参考索引获取

3.2.1亮度MV预测获取

3.2.2 P片、SP片中跳跃宏块亮度MV获取

3.2.3 B_skip、B_Direct_16×16、B_Direct_8×8的亮度MV预测获取

3.2.4色度MV获取

3.3帧间预测像素解码处理

3.3.1参考图像选择处理

3.3.2分像素内插处理

3.3.3加权像素预测处理

第四章基于H.264帧间预测解码的VLSI实现

4.1引言

4.2帧间预测解码整体硬件架构

4.3 MV分量及参考索引获取计算

4.4参考图像矩阵选择处理

4.5分像素内插和加权预测处理

4.6性能分析及实现结果

4.7本章小结

第五章结束语

致谢

参考文献

研究成果