基于DSP的MPEG4编码器的设计与实现

摘要

随着计算机网络和多媒体技术的发展，视频信息通信的重要性和需求急剧增长，视频压缩编码技术的应用也越来越广泛，各种视频编码标准相继推出并不断完善，如H.261/263、MPEG1/2/4等。其中，MPEG4是由国际运动图像专家组制订的ISO/IEC视频编码国际通用标准，采用基于内容的新一代编码技术，具有很高的压缩效率，可以提供各种编码比特率、适应不同带宽要求，具有基于内容的交互性、高容错性、高效压缩性及普遍适用性等特点，是目前视频压缩编码研究应用中的热点和主流。 MPEG4编码算法采用基于视频对象宏块的编码技术，主要包括对视频对象形状、运动、纹理信息的编码，通过形状编码对视频对象进行分割，通过带补偿的运动估计和纹理编码来消除图像数据在时间和空间上的相关性，并采用：DCT、量化、熵编码等算法，减少传输的数据量，大大提高了压缩比。 对于MPEG4编码标准的实现，有软件和硬件两种方式，而利用数字信号处理器(DSP)来实现是近年来比较流行的解决方案。DSP具有稳定、可编程、运算能力强等特点，并且具有开发周期短、成本低、系统软件易升级的优势，更加具有实际产品发展前景。随着DSP向高速、低功耗、多媒体化的方向发展，使得用DSP实现视频编码更加方便，图像质量也更好。本文采用的TMS320DM642芯片是美国TI公司推出的一款针对多媒体应用的高性能可编程定点DSP，非常适合于视频图像处理，是实现MPEG4视频编码器的理想硬件平台。 本课题在对MPEG4视频编码技术深入分析的基础上，实现了基于TMS320DM642DSP的MPEG4视频编码器。本文首先概括介绍了MPEG4视频编码标准的产生与发展，阐述了MPEG4视频编码标准的基本原理、编码结构和功能特点，并概括介绍了TMS320C6000系列以及TMS320DM642 DSP的硬件特点和指令结构，提出了基于TMS320DM642的视频图像编码系统硬件平台的结构组成和设计方案；其次，介绍了MPEG4视频编码标准简单级别框架的功能和特点，深入分析了MPEG4标准中的关键算法，如运动估计与运动补偿、DCT变换、量化等；然后，对MPEG4开放源代码Xvid的性能特点和结构进行了分析，在对其软件性能进行了验证的基础上，实现了软件编码器对DSP编码系统硬件平台的移植，并按照实时性的要求，结合DSP的结构特点，采用了针对DSP系统的各种代码优化措施和方法，通过对代码的优化，提高了编码器的整体性能。最后使用标准视频序列对编码器性能进行了测试，实验结果表明，该编码器实现了MPEG4标准的简单框架功能，对QCIF格式图像序列编码速率达到了25帧/秒，满足了编码实时性的要求，编码后的图像质量达到了令人满意的效果，该编码器可用于远程视频监控、视频会议等诸多领域，具有一定的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及学位论文使用授权声明

第1章绪论

1.1视频编码技术

1.2视频编码标准的发展及现状

1.3本课题的研究背景、内容和意义

1.4论文内容的组织结构

第2章MPEG4视频编码标准

2.1 MPEG4视频编码标准的主要功能和特点

2.2 MPEG4编码的关键技术

2.3 MPEG4的视频图像格式

2.4 MPEG4视频编码过程

2.5 MPEG4视频码流的分层数据结构

2.6 MPEG4的主要编码结构

2.7 MPEG4的框架和级别

第3章基于TMS320DM642 DSP的MPEG4硬件平台

3.1 TMS320C6000系列DSP概述

3.2 C6000软件开发环境CCS简介

3.3 TMS320DM642特性

3.4基于DM642的MPEG4硬件平台系统结构

3.5 MPEG4编码器硬件平台的EDA设计

第4章MPEG4视频编码关键算法分析

4.1 MPEG4视频编码简单框架

4.2帧内、帧间模式的判定

4.3运动估计与运动补偿

4.4纹理编码中的关键技术

4.5 PSNR和码率计算

第5章MPEG4视频编码算法在DSP上的实现及优化

5.1 MPEG4视频编码算法的软件实现

5.2 MPEG4视频编码系统的DSP实现

5.3基于DSP的MPEG4编码器软件优化

5.4实验结果

第6章总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间所发表学术论文

附录编码器系统原理图