H.264运动估计算法在会议电视中的应用研究

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信息技术的高速发展极大地影响着人类社会的工作方式和生活方式,许多新的应用不断出现,多媒体会议电视系统就是近年来兴起的一种新的多媒体通信方式。会议电视系统的核心部分是视频编码技术,H.264是IEO/IEC和ITU—T两大国际标准化组织联手制定的视频新标准。作为视频编解码领域的最新标准,H.264具有压缩率高、差错恢复能力强、适用范围广等优点。为达到理想的数据压缩率,H.264编码器采用了很多新的编码算法,这些算法极大地增加了编码器的计算复杂性,使其目前在PC环境下的实时应用受到很多限制。专家经过性能分析软件分析测量编码器各模块在整个编码过程中的耗时比例可知,运动估计部分占用了近70%的编码时间。因此,要实现基于H.264的会议电视系统实时编解码,其关键技术在于如何降低运动估计时耗,实现采集的视频数据高效率高质量的编码传输。论文从这一问题出发,重点讨论了会议电视系统中H.264运动估计算法的选择、优化、移植问题。首先,由于块匹配运动估计算法,方法简单,且估计效果较好,具有满足系统实时计算的潜力,因此,在理解块匹配问题本质的基础上,系统地归纳总结了目前国内外现有的块匹配准则和块匹配算法。根据不同搜索算法所采用的搜索模板与搜索策略,分析了它们的适用范围及优缺点。确定ARPS作为本论文运动估计的快速算法。接着,本文以H.264的参考代码JM86为实验平台,对其编码器进行了详细的分析。确定移植时不需要的冗余代码,进行消减,以提高运行速度,同时,将JM8.6的lencode me.c的搜索算法,替换成ARPS。实验结果表明,经过这些优化后,可以节省编码时间57%—61%,图像质量和码率变化微乎其微。然后,基于T1DM642平台,对编码器进行基于硬件平台的优化。主要是充分利用DM642CPU多处理单元并行处理及指令等特点,通过线性汇编改写关键函数,SAD(绝对误差和)函数和量化函数,使得代码大小减少,时钟周期大幅降低,可以满足实时显示的功能。最后,以数字摄像头、TMS320DM642开发板VMD642-A、PC、路由器搭建了硬件平台,将优化后的代码进行了CCS3.1环境下的移植;同时,还设计了视频采集压缩显示软件,包括视频采集、编码、码流网络传送、解码显示四个模块。最终实现基于H.264运动估计算法的会议电视系统多路视频采集压缩显示的要求。
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