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H.264关键算法及软硬件协同设计研究

吴浩

   作为新一代视频编码标准的H.264,以优异的压缩性能、高性能的图像质量和良好的网络亲和性受到广泛的关注,在网络视频传输、数字高清视频等方面具有广阔的应用前景。H.264编码算法包含了许多方面的编码技术,也包含了许多复杂的计算,这也使H.264的编码速度及其实际应用受到了限制,同时H.264编码标准处于不断的发展中。因此,对H.264编码算法的研究和改进以及对H.264编码器实现的研究,具有重要的意义。 论文首先简单介绍了标准的H.264编码算法及其特点,其中针对帧间预测复杂度高、编码时间长的特点以及针对CAVLC熵编码进行了改进。帧间预测由运动估计和运动补偿两部分组成,运动估计作为其中的关键算法,其性能的好坏直接决定了帧间预测的效率,本文结合视频图像运动的特点,对UMHexagonS运动估计算法提出了一种改进方法。CAVLC熵编码作为编码器的最后一个环节,采用无损的编码方式,对压缩码流起到了关键作用。通过对CAVLC熵编码的研究发现,其存在一定的缺陷,本文结合编码码流的特点以及熵编码的过程,对熵编码算法进行了改进,改进后可以进一步节省编码后的码流,减少传输的带宽。 通过不同图像序列的测试表明,论文中的运动估计优化算法在保证图像质量的前提下,提高了运动估计的编码速度,平均可以节省16%的运动估计时间,而最高可以节省24.2%。而针对CAVLC熵编码的优化,也达到了降低编码后的码流的效果。 本文还对基于H.264编码器的视频采集系统的实现进行了研究。利用软硬件结合的思想,本文采用FPGA,结合SOPC技术,并利用硬件描述语言(HDL)、NiosⅡ处理器和Altera Avalon总线以及灵活的用户自定义组件,设计了视频采集模块、软硬件接口模块和硬件加速模块,构建了整个H.264视频编码系统。另外,本文详细介绍了采用全流水线技术实现的DCT变换和量化硬件加速模块,以及介绍了硬件实现的CAVLC熵编码加速模块,与纯软件相比,提高了编码速度。整个设计通过Altera DE2平台验证,在应用方面具有良好的发展空间。……   
[关键词]:H.264;运动估计;CAVLC嫡编码;SOPC
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年