h.264關(guān)鍵算法的研究及應(yīng)用

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1、獨(dú)創(chuàng)性l聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容以外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:舊稼但日妍.礎(chǔ)年‘月陽江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文1.1課題研究的背景和意義第一章引言隨著人類進(jìn)入了信息化的時(shí)代,多媒體技術(shù)得到迅猛發(fā)展,與數(shù)字視頻相關(guān)的應(yīng)用場景也不斷拓寬,如視頻會(huì)議、Intemet流媒體、移動(dòng)流媒體、遠(yuǎn)程監(jiān)

2、控、數(shù)字視頻點(diǎn)播等。視頻信息具有直觀、形象、準(zhǔn)確、高效和應(yīng)用廣泛等特點(diǎn),因此極易被人類接受。據(jù)統(tǒng)計(jì)人類接受的信息70%來自視覺。然而,未經(jīng)壓縮的原始視頻數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)量之大對于當(dāng)前有限的傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間都是難以承受的。因此無論是存儲(chǔ)還是傳輸,數(shù)字視頻都必須經(jīng)過極大的壓縮才能具有實(shí)際意義,這就使得視頻編碼技術(shù)成為多媒體技術(shù)的關(guān)鍵所在。在過去幾十年的時(shí)問里,困際上已經(jīng)成功地制定了面向各種應(yīng)用的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)llJ。從MPEGl、MPEG2到MPEG4,從H.261、H.262到H.263都有一個(gè)共同的同標(biāo),即在盡可能低的碼率(

3、或存儲(chǔ)容量)下獲得盡可能好的圖象質(zhì)量。尤其是最新發(fā)布的H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),與以往任何編碼標(biāo)準(zhǔn)相比,都具有明顯的優(yōu)勢,其編碼技術(shù)先進(jìn)實(shí)用,具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性并且它的基本層是公開的,不收取專利費(fèi),這就使它在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景12J。H.264作為新一代視頻編碼算法吸收了以往編碼方案的優(yōu)點(diǎn),在視頻壓縮性能上得到了很大的提高,但足它的這些優(yōu)點(diǎn)都是以引入成倍的復(fù)雜度為前提的。為了最大程度地提高編碼效率,在H.264編碼器中采用了基于全局搜索的算法,針對各種不同的編碼模式,循環(huán)計(jì)算各種模式下的RDO(RateDisto

4、rtionOptimized)代價(jià)函數(shù),比較并選擇最小RDO代價(jià)函數(shù)所對應(yīng)的編碼模式作為最優(yōu)的編碼模式,從而造成H.264在算法復(fù)雜度和計(jì)算量上急劇增加13J,因此研究H.264視頻編碼算法以提高編碼速度具有十分重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大,體積越來越小,價(jià)格越來越低,使得嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。所以,為了滿足人們對視頻信息的需求,研究視頻編解碼系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用具有廣闊的前景。1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀國際上有兩個(gè)負(fù)責(zé)音視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)化組織,一個(gè)是

5、MPEG(MotionPictureExpertGroup),它是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalStandardizationOrganization,ISO)下的運(yùn)動(dòng)圖像專家組。另一個(gè)是VCEG(VideoCodeExpeIrtGroup),它是國際電信聯(lián)盟(IntemationalTelecommunicationUnion,ITU)T的視頻編碼專家組。多媒體江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文技術(shù)的飛速發(fā)展,正是歸功于ITU和ISO推出的一系列針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。其中H.264是由ISO和ITU合作制定

6、的新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)‘叭。其主要目的是提高壓縮效率,并且為實(shí)時(shí)類應(yīng)用(視頻電話)和非實(shí)時(shí)類應(yīng)用(存儲(chǔ)、廣播或者流媒體)提供一個(gè)優(yōu)良的視頻壓縮編碼通用工具。H.264標(biāo)準(zhǔn)比以前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)有了很大的改進(jìn),編碼效率得到了極大的提高。1.2.1理論上的研究現(xiàn)狀目前,對H.264的理論研究主要集中在如何加快編碼速度和提高圖像質(zhì)量上。由于在整個(gè)編碼的過程中,運(yùn)動(dòng)估計(jì)和模式選擇占了整個(gè)編碼時(shí)間的很大部分,復(fù)雜性較高,所以現(xiàn)在主要是針對運(yùn)動(dòng)估計(jì)和模式選擇部分的研究。在運(yùn)動(dòng)估計(jì)方面,最新的各種運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法都對起始點(diǎn)預(yù)測、閾值選擇以及模

7、板選擇進(jìn)行了研究,通過組合優(yōu)化各種信息能夠在保證編碼質(zhì)量的前提下進(jìn)一步縮短運(yùn)動(dòng)估計(jì)時(shí)間。在幀內(nèi)預(yù)測模式選擇方面,現(xiàn)有各種快速幀內(nèi)預(yù)測模式選擇算法在圖像特性、程序優(yōu)化以及率失真模型等方面作了研究,提出了很多降低預(yù)測復(fù)雜度的算法,但針對圖像特性仍可以做更多的研究,從而進(jìn)一步降低預(yù)測的復(fù)雜度。對于變換量化、熵編碼和濾波等部分算法基本上固定,主要是尋求有效的編程實(shí)現(xiàn)方法15J。1.2.2應(yīng)用上的研究現(xiàn)狀H.264優(yōu)異的壓縮性能使得它在視頻通信領(lǐng)域、數(shù)字廣播電視領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體傳遞以及視頻存儲(chǔ)播放等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。1.在視頻

8、通信領(lǐng)域中的應(yīng)用由于H.264是在H.26L的已有成果基礎(chǔ)上由JVT[6J完成標(biāo)準(zhǔn)最后制定的,而H.26L首先就是針對視頻實(shí)時(shí)通信應(yīng)用的,例如,會(huì)議電視、可視電話等應(yīng)用,因此,H.264在視頻實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域首先得到了應(yīng)用,到2004年2月為止,國外聲稱已經(jīng)可以提供基于H.264的會(huì)議電視產(chǎn)品的公司有POLYCOM、TA

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