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AVS视频编码器性能优化及DSP实现研究

作　者: 林宇
导　师: 刘云海
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: AVS编码器 DSP 性能提升移植与优化实时编码
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着信息时代的来临,多媒体技术已经渗透到生活的每个角落。视频图像是多媒体信息的重要组成部分,但是数字化的视频信号的数据量之大是非常惊人的,这使得在开发多媒体应用系统时,对包含巨大数据量的视频图像数据的采集、存储、传输成为最大的瓶颈。因此,视频数据的高效压缩意义重大,是降低网络传输带宽、节省存储容量的关键技术。但视频压缩算法运算量大,实时处理对通用处理器的要求高,因而各种专用高速数字信号处理器(DSP)得到广泛应用。AVS标准作为数字音视频产业的共性基础标准,可以应用于高清晰度和标准清晰度数字电视广播、激光视盘机、移动多媒体通信、视频会议与视频监控、宽带网络流媒体、数字电影等产业群。与其他类似标准相比,AVS有两大优势:基于自主技术和部分开放技术构建的开放标准,妥善解决专利许可问题;中国日渐强大的产业化实力和市场提供了良好土壤。在这两大翅膀的助推下,AVS已成为全球范围内最有可能成为事实标准的第二代音视频编码标准。目前AVS标准组已经发布了企业版参考软件,不过其编码器部分时间效率低并且在关闭RDO的情况下图像质量也相对较差。因此进一步提高AVS编码器的时间效率以及图像质量是很有必要的。现在国内已经有很多企业希望将AVS标准应用于实际产品中(比如数字电视或监控领域应用),这就进一步要求AVS编码器在保证编码性能具有竞争力的同时,还必须可以实现实时编解码。在这种环境下,选择对AVS编码器进行性能上的优化以及提高时间效率是很有意义的。TI的DM642开发板专门针对多媒体应用,其特有的优化器可以让开发者以线性汇编代码的形式书写汇编程序,从而缩短开发周期。同时其软件流水操作将大大提高程序执行效率,并且它提供了许多数据打包指令,以便开发者实现对一块内存的访问。本课题研究在TI的DM642平台上实现AVS编码器,包括AVS编码器性能提升;根据DSP的结构特点、内存限制生成合理的C代码;C代码从PC平台到DSP平台的移植研究;在DSP平台上的代码优化研究。最终实现一个可产生能被AVS参考软件解码器正常解码的AVS码流的AVS编码器,并且实现CIF格式视频流的实时编码。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 视频压缩技术  9-12
    1.1.1 视频信号  9
    1.1.2 视频压缩标准简介  9-12
  1.2 编码器实现平台简介  12-13
  1.3 本文的内容与组织  13-15
第2章 AVS-P2视频标准中的关键技术  15-20
  2.1 帧内预测  15-16
  2.2 帧间预测  16-17
  2.3 变换量化  17-18
  2.4 环路滤波  18-19
  2.5 熵编码  19
  2.6 本章小结  19-20
第3章 AVS编码器系统设计  20-32
  3.1 AVS编码器系统框架  20-21
  3.2 AVS编码器数据结构  21-27
    3.2.1 变量类型定义  22
    3.2.2 编码器数据结构  22-27
  3.3 滑动窗口帧存管理  27-28
  3.4 PING-PONG缓冲技术在AVS编码器中的应用  28-30
  3.5 AVS编码器软件流程  30-31
  3.6 本章小结  31-32
第4章 AVS编码器编码质量提升  32-40
  4.1 运动估计  32-34
  4.2 模式选择  34-35
  4.3 基于系数价值分析的SKIP模式预判  35-36
  4.4 AVS编码器编码质量提高结果  36-39
  4.5 本章小结  39-40
第5章 AVS编码器码率控制算法改进  40-56
  5.1 基于运动复杂度的码率控制  41-54
    5.1.1 宏块类型的划分  41-42
    5.1.2 MBRC码率控制流程  42-43
    5.1.3 基于宏块类型的QP确定  43-46
    5.1.4 MBRC帧级码率控制  46-47
    5.1.5 实验结果  47-54
  5.2 本章小结  54-56
第6章 AVS编码器在DSP上的移植与优化  56-83
  6.1 TMS320DM642芯片介绍  56-57
  6.2 编码器硬件平台简介  57-58
  6.3 AVS编码模块数据及代码区分配  58-62
  6.4 AVS编码器C代码在DSP平台上的优化  62-66
    6.4.1 数据类型尺寸的优化考虑  62
    6.4.2 编译C语言程序  62-63
    6.4.3 存储器相关  63
    6.4.4 使用内联函数  63-64
    6.4.5 使用intrinsics  64
    6.4.6 数据打包处理  64-65
    6.4.7 优化数值操作  65
    6.4.8 调整循环  65-66
  6.5 线性汇编代码的编写  66-69
  6.6 具体模块优化分析  69-80
    6.6.1 整数DCT变换模块和量化模块  69-74
    6.6.2 整数DCT反变换模块和反量化模块  74-76
    6.6.3 插值模块  76-80
  6.7 AVS编码器最终性能  80-82
  6.8 本章小结  82-83
第7章总结与展望  83-84
参考文献  84-87
作者在读研期间的研究成果  87-88
致谢  88

AVS视频编码器性能优化及DSP实现研究

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