H.264视频编码标准中帧间预测算法研究与DSP实现

摘要

H.264标准是目前最为先进的视频图像压缩编码标准，基于H.264的应用研究已经在世界上如火如荼地展开了，本文就是基于一个实际应用的课题，对H.264标准进行了部分算法上的研究和改进，并在自行研制的DSP嵌入式系统中进行了芯片级的优化，使之更适合我们的课题实际应用。　　本文主要基于H.264视频压缩标准在实际课题中的应用做了一些探索，根据实际应用背景中对于高速实时性和高精度的要求，对H.264标准的相关部分做了研究。对于在H.264标准中最为耗时的部分——帧间预测部分，分析了原始整象素运动搜索算法的优缺点，在广泛阅读了国内外相关研究成果的基础上，提出了基于实际应用背景的新算法——基于范围选择的两步搜索算法ACTWSS(areachooseTWSS)，并在实际应用中加以验证，结果表明，该算法可以大大减少帧间预测中整象素运动预测的搜索点数，提高运算速度，并且对处理后的图像没有明显的影响。　　同时，为了适应某些场合对于图像精度的要求，我们对H.264标准中的整数变换和量化过程的具体细节做了改进，较好的改善了由于运算过程所带来的误差，提高监控图像的精度。最后本文讨论了如何将源程序在DSP芯片上高效执行的问题。因为纯C语言程序在具体的嵌入式系统中的执行效率不高，我们采用了C语言和DSP汇编语言混合编程的方式，将C语言的优点和汇编语言的优点有机的结合起来，将核心内循环程序改写成汇编语言后，进一步提高了整个程序的执行效率，缩短了执行时间。

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致谢

第一章绪论

1.1视频压缩编码标准的历史和发展现状

1.2 H.26X系列标准和MPEG系列标准的发展过程

1.3网络视频监控系统发展前景和DSP在其中的应用

第二章H.264视频压缩编码标准的原理

2.1 H.264视频压缩标准的简介

2.1.1 H.264视频压缩标准的发展过程

2.1.2 H.264视频压缩标准的主要特点及关键改进

2.2 H.264视频压缩标准的结构

2.2.1帧类型划分和块分割

2.2.2帧内预测(IntraPrediction)

2.2.3帧间预测(Inter Prediction)

2.2.4变换和量化(Transform and Quantification)

2.2.5熵编码(Entropy Coding)

2.2.6环路滤波器(Loop Filter)

第三章帧间运动整象素搜索的算法研究

3.1帧间预测的原理

3.2 H.264标准的原始预测搜索算法流程

3.3新的预测搜索算法——ACTWSS

3.3.1相关理论与研究成果介绍

3.3.2新算法ACTWSS

3.4实验结果及效果对比

第四章整数变换及量化过程的研究与改进

4.1整数变换及量化的原理

4.1.1从DCT变换到整数变换

4.1.2整数变换与量化过程的实现

4.2基于高精度要求背景下的对整数变换及量化过程的改进

4.2.1高精度背景下对视频监控系统的要求

4.2.2对原整数变换和量化过程的改进研究

4.3实验结果及效果对比

4.3.1整幅图像的比较

4.3.2小块图像的比较

4.3.3结论

第五章C语言和汇编语言的混合编程及DSP实现

5.1 DSP芯片的特点及开发过程

5.1.1 DSP芯片的特点

5.1.2 DSP芯片的开发流程

5.2用C语言和汇编语言进行混合编程的方法

5.3若干C语言程序的汇编语言优化

5.3.1汇编语言优化的重要性和工作要点

5.3.2汇编优化时的主要注意事项

5.3.3核心程序的汇编优化过程

5.4实验结果及效果对比

第六章总结与展望

6.1论文工作总结

6.2下一步研究工作的重点

参考文献

论文发表情况