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H.264视频编码若干关键优化技术研究与实现

作　者: 王洪元
导　师: 刘志镜；杨松龄
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机技术
关键词: H.264 实时编码模式选择变长编码
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 142次
引　用: 1次
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内容摘要

H.264视频编码标准是2003年5月获得批准的新一代视频编码国际标准。同以往标准相比,它采用了许多新技术,例如1/4、1/8精度的子像素运动估计,多参考帧技术,区块滤波,加强的熵编码,小块的整数变换等来提高编码效果,但这些技术同时也增加了H.264编码器的复杂度,限制了H.264在很多领域尤其是实时领域的应用。H.264优异的编码性能对于市场具有极大的诱惑力,而研究H.264编码的快速算法及其实现是H.264走向市场的前提和保证,因此对H.264视频编码算法进行优化具有十分重要的理论意义和实用价值。本文首先对H.264标准进行了深入分析,了解H.264语法流的结构,从总体上把握了H.264编码框架,然后对影响编码效果的参数进行不同的配置来进行编码测试,并对编码结果进行分析,得出了一个对编码效果影响较小的实时编码参数集。其次,分析实现了几种主流的运动搜索算法并对它们进行了比较,最后选择菱形搜索算法集成到编码器中,并对菱形算法中粗粒度搜索过程进行了改进,减少了运算量,提高了搜索速度。再次,通过对编码器各个模块进行时耗分析,我们得到了整个编码器的瓶颈模块,也就是模式选择模块,它极大的影响了实时编码效果,因此,根据对实际测试结果的统计分析,我们对模式选择模块进行了优化,提出了一种带有倾向的快速模式选择算法,通过有倾向的搜索次序和尽早终止策略加速了常见模式的搜索过程,从而也就加速了整个编码器的运行;同时提出了一种根据具体的传输码率进行模式选择的方法,以使编码器适应不同的传输网络状况。最后我们对于标准中的变长编码和算术编码进行了比较分析,选择耗时相对较少的变长编码进行深入研究,通过对标准中变长编码UVLC的分析,提出了一种商-余数变长编码方案,它符合实际视频编码中语法元素值的分布规律,平均码长较短,通过实际测试,它的编码效率要高于标准中的变长编码方案。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-18
  §1.1 图像与视频业务  7-11
  §1.2 视频编码技术的发展  11-16
    1.2.1 概述  11-12
    1.2.2 编码方法的分类  12-13
    1.2.3 基本编码方法  13-15
    1.2.4 图像质量评价体系  15-16
  §1.3 H.264视频编码标准的提出  16-17
  §1.4 本文结构  17-18
第二章 H.264视频编码简介  18-35
  §2.1 H.264视频编码标准介绍  18-21
    2.1.1 基本框架  18-19
    2.1.2 视频源  19-20
    2.1.3 码流结构  20-21
    2.1.4 H.264支持的图像帧类型  21
  §2.2 H.264视频编码关键技术  21-35
    2.2.1 帧内预测编码  22-23
    2.2.2 帧间预测编码  23-29
    2.2.3 变换及量化  29-34
    2.2.4 熵编码  34-35
第三章运动估计及模式选择研究  35-57
  §3.1 运动估计  35-49
    3.1.1 运动估计及相关技术  35-37
    3.1.2 几种主要的搜索策略  37-41
    3.1.3 帧间运动估计  41-43
    3.1.4 帧内运动估计  43-49
  §3.2 快速模式选择  49-53
    3.2.1 H.264中的模式选择  49
    3.2.2 快速模式选择算法  49-51
    3.2.3 快速模式选择算法的性能评价  51-53
  §3.3 基于码率的模式选择  53-57
    3.3.1 不同块切分模式下性能分析及结论  53-54
    3.3.2 基于码率的块分割模式选择方法  54-55
    3.3.3 基于码率的块分割模式选择方法性能评测  55-57
第四章熵编码研究  57-75
  §4.1 H.264视频编码标准熵编码分析  57-70
    4.1.1 H.264中需要传送的语法元素  57-59
    4.1.2 H.264中采用的编码方法  59-70
  §4.2 变长编码研究  70-75
    4.2.1 变长编码分析与研究  71-73
    4.2.2 新变长编码方案的实现和性能评测  73-75
第五章结论及将来工作  75-77
  5.1 对课题研究的总结  75-76
  5.2 进一步研究和探讨  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
附录:测试数据  81

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