（信号与信息处理专业论文）基于h264标准的视频编解码器的实现、性能研究与优化.pdf

中国科学技术火学硕士学位论文中文内容摘要 中文内容摘要 随着信息时代的到来，人们对现有通信网络条件下的多媒体服务提出了更 高的要求，如更高质量要求的可视电话和视频会议，具有更高清晰度的视频存 储和播放，无线网络中的视频通信等。这些应用中一个关键的技术环节是视频 图像的压缩和解压缩。 视频压缩算法的日益成熟，编码标准的相继推出，有力的支持了视频通信 的发展。h 2 6 4 是关于视频编码的最新国际标准，由国际电信联盟 i t u u ( i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o n s e c t o r ) 和国际标准化组织i s o ( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n ) 国际电工委员会i e c ( i n t e m a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) 共同制定的联合 标准。新一代标准h 2 6 4 可以得到更好的压缩图像效果、拥有更多的功能和更 大的灵活性，它可以在保证相同的图像质量的前提下，比h 2 6 3 ( b a s e l i n e ) 和 m p e g - 4 ( s p ) 节省多达5 0 的码率。但是由于h 2 6 4 中引入了多种新的编码技 术，使得编码器的计算量急剧增加。如何降低h 2 6 4 实现复杂度，使得它可以 有效的应用在实际的通信系统中，己经成为学术界普遍关注的课题。 本文针对如何降低h 2 6 4 编码器复杂度的关键问题进行一些探讨，在深入 研究h 2 6 4 的标准文档、性能和计算复杂度的基础上，对h 2 6 4 的帧内帧间预 测模式选择算法进行了研究，采用基于局部边缘方向信息的帧内预测模式选择 快速算法，提出了基于大块分裂的帧间预测模式快速选择算法。采用本文中的 快速模式选择算法可以有效的减少预测的候选模式数，在作i b p b p 编码时可以 节约大约5 0 一7 0 的编码时间，同时图像质量和码率基本不变。同时，本文中 又对h ，2 6 4 的编解码器的参考软件的主要耗时模块与程序结构进行了优化调 整，有效减少计算量与降低c p u 的开销，提高了编解码效率。 本文第二章简要说明了视频数据压缩的必要性和可能性，并介绍了视频压 缩编码的基本方法，基于块匹配混合编解码器的典型结构以及现有主要视频编 码标准的特点及其应用。 第三章首先给出了h 2 6 4 视频编解码器的结构框图，对其中的主要功能模 块及其包含的新技术进行了详细论述。接着对h 2 6 4 视频编解码器的性能与复 杂性进行了分析。对主要模块进行耗时统计以指出编解码器的瓶颈所在，为后 续优化提供指引。 第四章根据h 2 6 4 的特点，采用基于局部边缘方向信息的帧内预测模式选 择快速算法、提出了基于大块分裂的帧间预测模式快速选择算法，在保证编码 图像质量和码率基本不变的情况下，有效降低计算复杂度。 最后，最后以j v t 发布的h 2 6 4 参考模型j m 9 4 为基础，使用i n t e l 的 m m x s s e 技术对h 2 6 4 编解码器的主要的耗时模块进行了改写，包括：s a d 计算、正反整数变换、像素内插等，并对部分程序结构进行了调整，包括：程 序的内存分配与i o 操作，程序的初始化，以及减少函数的调用，优化程序中 的循环结构，尽量减少计算量，减少c p u 的开销，有效的提高了编解码效率。 关键词： h ，2 6 4 ；视频编解码；帧内，帧闻预测模式；算法优化 i l i 中国科学技术大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o m i n go fi te r a ，p e o p l ep u tf o r w a r dh i g h e rd e m a n do ft h e m u l t i m e d i as e r v i c eu n d e rp r e s e n tc o n d i t i o no fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k f o re x a m p l e t h eh i g h e rq u a l i t yv i d e op h o n ea n dv i d e oc o n f e r e n c e v i d e os t o r ea n dd i s p l a yw i m h i g h e rr e s o l u t i o n v i d e oc o m m u n i c a t i o ni n w i r e l e s sn e t w o r k ，e t c b u tak e y t e c h n o l o g yi na 1 1t h e s ea p p l i e a t i o n si sv i d e oc o d i n ga n dd e c o d i n g t h ed e v e l o p m e n to fv i d e oc o m m u n i c a t i o ni ss t r o n g l ys u p p o s e db y t h e a d v a n c e si nt h er e s e a r c ho nv i d e oc o m p r e s s i o na l g o r i t h m sa n dr e l e a s eo fc o d i n g s t a n d a r d s h 2 6 4i st h ee m e r g i n gv i d e oc o d i n gs t a n d a r do fi t u - ta n di s o i e c c o m p a r e dw i t hp r i o rs t a n d a r d s ，h ，2 6 4h a sb e t t e rc o m p r e s s i o np e r f o r m a n c e ，m o r e f u n c t i o n sa n dm o r ea g i l i t y e s p e c i a l l yh 2 6 4c a np r o v i d ee q u i v a l e n to b j e c t i v e q u a l i t ya tad a t ar a t ea b o u t5 0 1 0 w e rt h a l lt h a tr e q u i r e db yh 2 6 3 ( b a s e l i n e la n d m p e g - 4 ( s p ) h o w e v e r , t h ea l g o r i t h me o m p l e x i t yo fh 。2 6 4d r a m a t i c a l l yi n c r e a s e s d u et ot i l e a d o p t i o no fan u m b e ro fv i d e oc o d i n gt o o l s h o wt o c u td o w nt h e c o m p l e x i t yo fh 2 6 4a n dm a k ei tb eap r a c t i c a ls t a n d a r di nr e a lc o m m u n i c a t i o nh a s b e e na p o p u l a ri s s u e t h i sp a d e rf i n d so u tt h em a j o rp a r t st h a tl e a dt o 廿1 eh i g hc o m p u t a t i o nb a s e do n s t u d y i n gt h es t a n d a r dd o c u m e n t s ，p e r f o r m a n c e ，a n dt i l ec o m p u t a t i o nc o m p l e x i t yo f h 2 6 4 p r o p o s e saf a s ti n t r a p r e d i c t i o nm o d es e l e c t i o nm e t h o db a s e do r ll o c a le d g e i n f o r l i l a t i o na n daf a s ti n t e r - p r e d i c t i o nm o d es e l e c t i o nb a s e do ns p l i tp r o c e d u r e s e x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v ed e m o n s t r a t e dt h a t t h en e wm e t l o dc a l la c h i e v ea r e d u c t i o no f5 0 7 0 e n c o d i n gt i m eo na v e r a g e ，w i t han e g l i g i b l ea v e r a g ep s n r i o s sa n dam e r eb i tr a t ei n c r e a s ec o m p a r e dw i t ht h eo r i g i n a lh 2 6 4r e f e r e n c e s o f t w a r e i na d d i t i o n ，t h ep a r t st h a tf i tt oo p t i m i z eb ym m ) ( ，s s ei n s t r u c t i o ns e ta r e f o u n do u ta n dr e a l i z e d ，t h es t r u c t u r eo fh 2 6 4r e f e r e n c es o f t w a r ei sa d j u s t e d s ot h e c o m p l e x i t yo f h 2 6 4e n c o d i n gi sr e d u c e do b v i o u s l y c h a p t e rt w od i s c u s s e st h en e e da n dt h ep o s s i b i l i t yo fv i d e oc o d i n g ，v i d e o c o d i n gt o o l s ，av i d e oc o d e cm o d e l ，a n dm a i nf e a t u r e so f p r i o rs t a n d a r d s c h a p t e rt h r e ef i r s t l ys h o w st h em o d e lo fh 2 6 4v i d e oc o d e c p r o v i d e sa d e t a i l e da n a l y s i so ft h ei n d i v i d u a ic o d i n gg a i n sp r o v i d e db ys e v e r a lk e yf e a t u r e so f t h es t a n d a r d a n di l l u s t r a t e st h ei m p r o v e dc o d i n ge f f i c i e n c ye n a b l e db yh 2 6 4 r e l a t i v et op r i o rs t a n d a r d s t h e nt h eb o t t l e n e c ka f f e c t i n gt h es p e e di s p o i n t e do u t b a s e do nt h ea l l a l y s i so f t h ea r c h i t e e t u r eo f h 2 6 4c o d e c c h a p t e rf o u rp r o p o s e saf a s ti n t r a - p r e d i c t i o nm o d es e l e c t i o nm e t h o db a s e do n i o c a le d g ei n f o r l t l a t i o na n daf a s ti n t e r - p r e d i c t i o nm o d es e l e c t i o nb a s e do ns p l i t p r o c e d u r e s w i t hr a t e d i s t o r t i o no p t i m i z a t i o nt h a tr e d u c e sc o m p l e x i t yo ft h eh 2 6 4 e n c o d i n gw i t han e g l i g i b l ea v e r a g ep s n r1 0 s $ a n dam e r eb i tr a t ei n c r e a s e i nt h ee n d ，t h ep a r t st h a tf i tt oo p t i m i z a t i o nb vm m 列s s ei n s t r u c t i o ns e ta r e f o u n do u ta n dr e a l i z e d ，t h e n ，o p t i m i z a t i o nm e t h o d si nd a t as t r u c t u r e ，m e m o r y a l l o c a t i o na n dp r o g r a md e s i g na r ep r o p o s e da n di m p l e m e n t e d k e y ：h 2 6 4 ；v i d e oc o d e c ；i n t r a i n t e r - p r e d i c t i o nm o d e ；a l g o r i t h mo p t i m i z a t i o n ， 中国科学技术大学硕士学位论文 致谢 致谢 值此论文完成之际，我要对我的导师尹东老师表示深深的谢意。在尹老师 的悉心关怀和精心指导下，我的论文工作得以顺利的完成。在攻读硕士学位的 期间里，尹老师一直以他对学术研究孜孜以求、认真求是和积极奋发的精神指 引着我，尹老师的悉一i i , 指导帮助了我在科研能力方面的成长。在此论文即将完 成之际，谨向导师致以深深的敬意和衷心的感谢! 感谢实验室的徐守时老师、吴秀清老师、陈学俭老师。他们的辛勤工作为 实验室创造了个良好的环境，他们勤勉的工作作风和对事业执着的追求精神 将是我永远的学习的榜样。 感谢实验室的同学们，特别是张勋、候蕾、任志清、唐群元、谭剑峰、王 庆临等同学，感谢他们在我毕业论文的研究工作中对我的热情帮助，与他们的 讨论令我受益匪浅。还要感谢我的老乡兼高中同学陈尧，是他的帮助让我有了 一次珍贵的机会去北京永新同方公司实习，感谢永新同方公司的领导同事杜永 明、洪均、赵欣等给予我的指导和帮助。 特别要感谢我的父母、哥哥、亲人们，感谢他们给予我无私的爱和无限的 关怀。从小学到大学，从考研到读研，他们时刻都是我最坚强的后盾，我的一 点一滴的进步都有他们的一份子。 最后要感谢各位对论文进行评审的专家学者，他们在百忙中对我的论文不 吝给予指正，在此表示由衷的感谢。 孙同伦 2 0 0 5 年5 月 中国科学技术大学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 1 引言 近年来，多媒体技术迅猛发展，人们对视频编码技术及其在网络中的应用 如：可视电话、会议电视、远程监控等越来越感兴趣。但由于受信道传输带宽 和存储容量的限制，多媒体技术的各项应用都离不开高效的视频图像压缩算法。 数据量巨大的视频图像信息处理技术成为多媒体通信中研究的热点问题| i1 1 。 二十世纪九十年代以来，j p e g 、h _ 2 6 l 、h 2 6 3 、m p e g - 1 、m p e g 2 、m p e g - 4 等图像多媒体国际标准相继出台，它们成功的应用于多种实用场合。但是，随 着i t 技术的迅猛发展、i n t e m e t 的普及，以及对视频传输需求不断提高，现有 的这些视频压缩标准明显存在着一些缺陷和局限性。为了克服这些缺点，结合 目前软硬件发展的情况，i s o i e c 和i t u t 两大标准组织联合制定了新的视 频编码标准h 2 6 4 a v c 。新一代标准h 2 6 4 可以得到更好的压缩图像效果、拥 有更多的功能和更大的灵活性【it 1 。”。 h 2 6 4 作为新一代的视频编解码标准，采用了成熟的技术，在追求更高的 编码效率和简洁的表达形式的同时，也提供了非常好的视频质量，是当前最高 效的视频压缩方法，具有广阔的应用前景f t 4 - 1 7 1 。 新一代标准h 2 6 4 可以得到更好的压缩图像效果、拥有更多的功能和更大 的灵活性，它可以在保证相同的图像质量的前提下，比h 2 6 3 ( b a s e l i n e ) 和 m p e g 一4 ( s p ) 节省多达5 0 的码率。但是由于h 2 6 4 中引入了多种新的编码技 术，使得编码器的计算量急剧增加。如何降低h 2 6 4 实现复杂度，进一步提高 编解码器的效率以及高效新算法的采用，使得它可以有效的应用在实际的通信 系统中，己经成为学术界普遍关注的课题1 1 8 - l 1 0 1 。 本论文的研究工作正是在充分理解h 2 6 4 视频编码标准的背景、难点、改 进点的基础上展开，研究了这种新一代视频编解码标准和以往的视频编解码标 准不同的地方和新的技术应用以及其相关的一些问题，针对如何降低h 2 6 4 编 码器复杂度的关键问题进行一些探讨。在深入研究h 2 6 4 的标准文档、性能和 计算复杂度的基础上，对h 2 6 4 的帧内帧间预测模式选择算法进行了研究，采 用基于局部边缘方向信息的帧内预测模式选择快速算法，提出了基于大块分裂 的帧间预测模式快速选择算法。采用本文中的快速模式选择算法可以有效的减 少预测的候选模式数，在作i b p b p 编码时可以节约大约5 0 7 0 的编码时间， 同时图像质量和码率基本不变。同时，本文中又对h 2 6 4 的参考软件编解码器 的主要耗时模块与程序结构进行了优化调整，有效减少计算量与降低c p u 的开 销，提高了编解码效率。 1 2 国内外研究现状 1 2 1h 2 6 4 视频编码标准 h 2 6 4 是目前关于视频编码的最新国际标准，其主要特点如下【1 1 ，11 2 ： 高压缩率：在给定的固定精度下，比现有的其他视频标准节省5 0 上的 中国科学技术大学硕士学位论文 第1 章绪论 比特率； 采用简洁的设计方式：语法描述简单，避免过多的选项和配置，尽量利用 现有的编码模块； 灵活的延时处理：对不同的业务，灵活的利用相应的时延限制： 错误恢复：加强对误码和丢包的处理，增强解码器的差错恢复能力； 提高网络适应性：采用网络友好的结构和语法，以适应i p 网络、移动网络 的应用； 在编解码器中采用复杂度可分级设计，在图像质量和编码处理之间可分级， 以适应高和低复杂性的应用； h 2 6 4 编码基本框架的使用无需版权。 h 2 6 4 从开始制定时，很多公司就开始着手相关产品的研发，现在已经出 现了很多基于h 2 6 4 标准的产品。e n v i v i o 公司2 0 0 4 年发布的的4 - c a s t e r t m4 5 5 0 编码器提供了全分辨率、全帧速率视频的实时m p e g 4 h 2 6 4 编码能力 ( h t t p ：w w w e n v i v i o c n d r o d u c t s 4 c a s t e r h t m l ) 。d g 2 l 公司2 0 0 5 年发布 的p h o e n i xl i v eb r o a d c a s te n c o d e r 能够实现i p t v 应用中的h 2 6 4 实时编码 m t t p ：w w w , i v a s t c o m p r o d u e t s l b e h t m l ) 。l s il o g i c 公司2 0 0 5 年发布的最新实时 编码器h 2 6 4v l e 4 0 0 0 能够实现在m a i np r o f i l e l e v e l3 框架下的实时编码 ( h t t p ：w w w 1 s i l o g i c c o m p r o d u c t s v i d e o r o a d c a s t i n g v l e 4 0 0 0 h t m l ) 。 由于h 2 6 4 的算法复杂度较大，现有的各种产品大部分都是基于专用硬件实现。 1 2 2h 2 6 4 视频编解码器的快速算法研究 目前国内外关于h 2 6 4 的研究工作主要集中在如何提高编码速度和编码效 率，h 2 6 4 码率的传输以及h 2 6 4 码率控制策略等。文献1 1 1 3 1 提出了新的运动 估计和模式选择优化策略；文献【1 1 4 ，1 1 5 1 讨论了快速帧内预测模式选择：文献 1 1 6 1 1 8 】讨论了快速帧间模式选择：文献【1 1 9 ，1 2 0 讨论了多帧参考的快速算 法；文献 1 2 1 ，1 2 2 讨论了码率控制的方法：文献【1 2 3 ，1 2 4 1 讨论了在容易发生 数据包丢失的网络上进行h 2 6 4 码率传输的问题；文献f 1 2 5 1 介绍了在无线环境 下的常用编码和传输技术；文献1 2 6 ，1 2 7 讨论了h 2 6 4 编解码器的优化。 1 3 论文主要工作及结构安排 l _ 3 1 论文工作 h ，2 6 4 是国际上关于视频编码的最新国际标准，拥有优秀的编码效率和广 阔的应用前景，必定会广泛应用在d t v h d t v 和i p 视频、移动通信等诸多领 域。本文以h 2 6 4 为研究对象，在深入研究h 2 6 4 的标准文档、性能和计算复 杂度的基础上，对h 2 6 4 的帧内帧间预测模式选择算法进行了研究，采用基于 局部边缘方向信息的帧内预测模式选择快速算法，提出了基于大块分裂的帧间 预测模式快速选择算法。采用本文中的快速模式选择算法可以有效的减少预测 的候选模式数，在作i b p b p 编码时可以节约大约5 0 7 0 的编码时问，同时 图像质量和码率基本不变。同时，本文中又对h 2 6 4 的参考软件编解码器的主 要耗时模块与程序结构进行了优化调整，有效减少计算量与降低c p u 的开销， 提高了编解码效率。 1 3 2 论文结构安排 2 由国科学拄术大学硕十学位论文弗i 章绪逄 比特率； 采用简洁的设计方式：语法描述简单，避免过多的选项和配置，尽量利用 现有的编码模块； 灵活的延时处理；刘不同的业务，灵活的利用相应的时延限制： 错误恢复：加强对误码和丢包的处理，增强解码器的差错恢复能力： 提高网络适应性：采用网络友好的结构和语法，以适应i p 网络、移动网络 的应用； 在编解码器中采用复杂度可分级设计，在图像质量和编码处理之间可分级， 以适应高和低复杂性的应用； h2 6 4 编码基本框架的使用无需版权。 h 2 6 4 从开始制定时很多公司就开始着手相关产品的研发，现在已经出 现了很多基于h 2 6 4 标准的产品。e n v i v i o 公司2 0 0 4 年发布的的4 - c a s 把r t ”4 5 5 0 编码器提供了全分辨率、全帧速率视频的实时m p e g 4 h2 6 4 编码能力 ( h t t l 0 ：w w e n v i r i o c a p r o d u c t s 4 c a s t e r h t m l ) 。d g 2 l 公司2 0 0 5 年发布 的p h o e n i xl i v eb r o a d c a s te n c o d e r 能够实现1 p t v 应用中的h2 6 4 实时编码 ( h t t p ：w - 。w v i v a s t c o m p r o d u c t s l b eh t m l ) 。l s il o g i c 公司2 0 0 5 年发布的最新实时 编码器h 2 6 4v l e 4 0 0 0 能够实现在m a i np r o f i l e l e v e l3 框架下的实时编码 ( h t t d ：w w i s i l o g i c c o m p r o d u c t s v i d e o b r o a d c a s t i n g v l e 4 0 0 0 h t m l ) 。 由于h2 6 4 的算法复杂度较大，现有的各种产品大部分都是基于专用硬件实现。 1 2 2h 2 6 4 视频编解码器的快速算法研究 目前国内外关于h 2 6 4 的研究工作主要集中在如何提高编码速度和编码效 率，h 2 6 4 码率的传输以及h 2 6 4 码率控制策略等。文献 1 ，1 3 提出了新的运动 估计和模式选择优化策略；文献 11 4 ，1 1 5 】讨论了快速帧内预测模式选择：文献 1 1 6 - 118 讨论了快速帧问模式选择：文献【1 1 9 ，1 2 0 】讨论了多帧参考的快速算 法；文献 1 2 l ，1 2 2 】讨论了码率控制的方法；文献【1 2 3 ，1 ，2 4 】讨论了在容易发生 数据包丢失的网络上进行h 2 6 4 码率传输的问题；文献f 12 5 介绍了在无线环境 下的常用编码和传输技术；文献【12 6 ，1 2 7 讨论了h 2 6 4 编解码器的优化。 1 , 3 论文主要工作及结构安排 1 3 1 论文工作 t t ，2 6 4 是国际上关于视频编码的最新国际标准，拥有优秀的编码效率和广 阔的应用前景，必定会广泛应用在d t v h d t v 和i p 视频、移动通信等诸多领 域。本文以h 2 6 4 为研究对象，在深入研究h 2 6 4 的标准文档、性能和讣算复 杂度的基础上，对h 2 6 4 的帧内帧间预测模式选择算法进行了研究，采用基于 局部边缘方向信息的帧内预测模式选择快速算法，提出r 基于大块分裂的帧问 预测模式快速选择算法。采用本文中的快速模式选择算法可以有效的减少预测 的候选模式数，在作i b p b p 编码时可以节约大约5 0 7 0 的编码时间，同时 图像质量和码率基本不变。同时，本文中又对h 2 6 4 的参考软件编解码器的主 要耗时模块与程序结构进行了优化调整，有效减少计算量与降低c p u 的开销， 提高了编解码效率。 1 3 2 论文结构安排 1 3 2 论文结构安排 中国科学技术大学硕士学位论文 第1 章绪论 比特率； 采用简洁的设计方式：语法描述简单，避免过多的选项和配置，尽量利用 现有的编码模块； 灵活的延时处理：对不同的业务，灵活的利用相应的时延限制： 错误恢复：加强对误码和丢包的处理，增强解码器的差错恢复能力； 提高网络适应性：采用网络友好的结构和语法，以适应i p 网络、移动网络 的应用； 在编解码器中采用复杂度可分级设计，在图像质量和编码处理之间可分级， 以适应高和低复杂性的应用； h 2 6 4 编码基本框架的使用无需版权。 h 2 6 4 从开始制定时，很多公司就开始着手相关产品的研发，现在已经出 现了很多基于h 2 6 4 标准的产品。e n v i v i o 公司2 0 0 4 年发布的的4 - c a s t e r t m4 5 5 0 编码器提供了全分辨率、全帧速率视频的实时m p e g 4 h 2 6 4 编码能力 ( h t t p ：w w w e n v i v i o c n d r o d u c t s 4 c a s t e r h t m l ) 。d g 2 l 公司2 0 0 5 年发布 的p h o e n i xl i v eb r o a d c a s te n c o d e r 能够实现i p t v 应用中的h 2 6 4 实时编码 m t t p ：w w w , i v a s t c o m p r o d u e t s l b e h t m l ) 。l s il o g i c 公司2 0 0 5 年发布的最新实时 编码器h 2 6 4v l e 4 0 0 0 能够实现在m a i np r o f i l e l e v e l3 框架下的实时编码 ( h t t p ：w w w 1 s i l o g i c c o m p r o d u c t s v i d e o r o a d c a s t i n g v l e 4 0 0 0 h t m l ) 。 由于h 2 6 4 的算法复杂度较大，现有的各种产品大部分都是基于专用硬件实现。 1 2 2h 2 6 4 视频编解码器的快速算法研究 目前国内外关于h 2 6 4 的研究工作主要集中在如何提高编码速度和编码效 率，h 2 6 4 码率的传输以及h 2 6 4 码率控制策略等。文献1 1 1 3 1 提出了新的运动 估计和模式选择优化策略；文献【1 1 4 ，1 1 5 1 讨论了快速帧内预测模式选择：文献 1 1 6 1 1 8 】讨论了快速帧间模式选择：文献【1 1 9 ，1 2 0 讨论了多帧参考的快速算 法；文献 1 2 1 ，1 2 2 讨论了码率控制的方法：文献【1 2 3 ，1 2 4 1 讨论了在容易发生 数据包丢失的网络上进行h 2 6 4 码率传输的问题；文献f 1 2 5 1 介绍了在无线环境 下的常用编码和传输技术；文献1 2 6 ，1 2 7 讨论了h 2 6 4 编解码器的优化。 1 3 论文主要工作及结构安排 l _ 3 1 论文工作 h ，2 6 4 是国际上关于视频编码的最新国际标准，拥有优秀的编码效率和广 阔的应用前景，必定会广泛应用在d t v h d t v 和i p 视频、移动通信等诸多领 域。本文以h 2 6 4 为研究对象，在深入研究h 2 6 4 的标准文档、性能和计算复 杂度的基础上，对h 2 6 4 的帧内帧间预测模式选择算法进行了研究，采用基于 局部边缘方向信息的帧内预测模式选择快速算法，提出了基于大块分裂的帧间 预测模式快速选择算法。采用本文中的快速模式选择算法可以有效的减少预测 的候选模式数，在作i b p b p 编码时可以节约大约5 0 7 0 的编码时问，同时 图像质量和码率基本不变。同时，本文中又对h 2 6 4 的参考软件编解码器的主 要耗时模块与程序结构进行了优化调整，有效减少计算量与降低c p u 的开销， 提高了编解码效率。 1 3 2 论文结构安排 2 中国科学技术大学硕士学位论文 第1 章绪论 本论文由以下七个部分组成： 第一章介绍了课题背景、国内外相关领域的研究现状、本课题的主要研 究内容、本课题的意义以及论文结构。 第二章简要说明了视频数据压缩的必要性和可能性，并介绍了视频压缩 编码的基本方法，基于块匹配混合编解码框器的典型结构以及现有主要视频编 码标准的特点。 第三章首先给出了 l 2 6 4 视频编解码器的结构框图，对其中的主要功能 模块，如小尺寸多模式帧内预测、多尺寸高精度多帧参考帧间预测、整数块变 换与可交步长量化、去块效应滤波、增强的熵编码以及s p s l i c e 和s i s l i c e 等模 块及其包含的新技术进行了详细论述。接着对h 2 6 4 视频编解码器的性能与复 杂性进行了分析，对主要模块进行耗时统计以指出编解码器瓶颈所在，为后续 优化提供指引。 第四章根据h 2 6 4 的特点，采用基于局部边缘方向信息的帧内预测模式 选择快速算法、提出基于大块分裂的帧间预测模式快速选择算法，在保证编码 图像质量和码率基本不变的情况下，有效降低计算复杂度。 第五章 以j v t 发布的h 2 6 4 参考模型j m 9 4 为基础，使用i n t e l 的 m m x s s e 技术对h 2 6 4 编解码器的主要的耗时模块进行了改写，包括：s a d 计算、正反整数变换、像素内插等，并对部分程序结构进行了调整，包括：程 序的内存分配与i o 操作，程序的初始化，以及减少函数的调用，优化程序中 的循环结构，尽量减少计算量，减少c p u 的开销，有效的提高了编解码效率。 第六章“工作总结与展望”总结自本课题的研究工作，并对本课题今后进 一步的研究方向进行讨论。 参考文献 1 1 钟玉琢，王琪，贺玉文，基于对象的多媒体数据压缩编码国际标准 m p e g _ 4 及其校验模型北京：科学出版社2 0 0 0 年1 0 月 【1 2 】j o i n tv i d e ot e 啪o f i t u - ta n di s o i e cj t c1 ，d r a f ti t u tr e c o m m e n d m i o n a n df i n a ld r a f ti n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do f j o i mv i d e o s p e c i f i c a t i o n ( i t u ，tr e c h 2 6 4li s o i e c1 4 4 9 6 1 0a v c ) j v t - g 0 5 0 ，2 0 0 3 【1 3 】w i e g a n dt ，s u l l i v a ng j ，b j n t e g a a r dg ，l u t h r aa ，o v e r v i e wo ft h e h 2 6 4 a v cv i d e o c o d i n gs t a n d a r d c i r c u i t sa n ds y s t e m sf o rv i d e o t e c h n o l o g y , i e e et r a n s a c t i o n so nv o l u m e1 3 ，i s s u e7 ，j u l y2 0 0 3 p a g e ( s ) ：5 6 0 5 7 6 1 4 】k a m a c in ，a l t u n b a s a ky ，p e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no ft h ee m e r g i n gh 2 6 4 v i d e oc o d i n gs t a n d a r dw i t ht h ee x i s t i n gs t a n d a r d s m u l t i m e d i aa n d e x p o ，2 0 0 3 i c m e 0 3 p r o c e e d i n g s 2 0 0 3i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nv o u m e1 6 - 9 j u l y2 0 0 3p a g e ( s ) ：i - 3 4 5 - 8v 0 1 1 【1 5 】r a j ag ，m i r z am j ，p e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no f a d v a n c e dv i d e oc o d i n gh 2 6 4 s t a n d a r dw i t hb a s e l i n eh 2 6 3a n dh 2 6 3 + s t a n d a r d s c o m m u n i c a t i o n sa n d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , 2 0 0 4 i s c i t2 0 0 4 i e e ei n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u m o nv o l u m e2 ，0 c t 2 6 2 9 ，2 0 0 4p a g e ( s ) ：7 4 3 7 4 6 1 6 】周祥平，王嵩，新标准h 2 6 4 的核心技术与应用前景_ 中国有线电视，2 0 0 4 n o 1 5 p a g e ( s 、：5 5 6 1 中国科学技术大学硕士学位论文第1 章绪论 【1 7 】秦岭，王煜坚，李东新，吴镇扬，视频编码标准h 2 6 4 的主要技术特点及其应 用前景微计算机应用，2 0 0 4v 0 1 2 5n o 4 p a g e ( s ) ：4 4 9 4 5 5 | 1 8 1o s t e r m a n nj ，b o t n a n sj ，l i s tp ，m a r p ed ，n a r r o s c h k em ，p e r e i r af s t o c k h a m m e rt ，w e d it v i d e oc o d i n gw i t hh 2 6 4 a v c ：t o o l s ，p e r f o r m a n c e a n dc o m p l e x i t y c i r c u i t sa n ds y s t e m sm a g a z i n e ，i e e ev o l u m e4 ，i s s u e 1 f i r s tq u a r t e r2 0 0 4p a g e ( s ) ：7 - 2 8 【1 9 】t u c h i hw a n g ，y u - w j nh u a n g ，h u n g - c h if a n g ，l i a n g - g e e c h e r t p e r f o r r u a n c ea n a l y s i so fh a r d w a r eo r i e n t e da l g o r i t h mm o d i f i c a t i o ni nh 2 6 4 m u l t i m e d i aa n de x p o 2 0 0 3 i c m e 0 3 p r o c e e d i n g s 2 0 0 3i n t e m a t i o n a l c o n f e r e n c eo n v o l u m e3 6 9j u l y2 0 0 3p a g e ( s ) ：i h 一6 0 l - 4v 0 1 3 【i 1 0 周敬利，金毅，余胜生，郑俊浩，基于h 2 6 4 视频编码技术的研究华中科 技大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 3v 0 1 3ln o 8 p a g e ( s ) ：3 2 3 4 f 1 1 1 1l a i ne g r i c h a r d s o n ，t h er o b e r tg o r d o nu n i v e r s i t y , a b e r d e e n ，u k t t 2 6 4 a n dm p e g 4v i d e oc o m p r e s s i o n v i d e oc o d i n gf o rn e x t 。g e n e r a t i o n m u l t i m e d i a m o l h t t p ：n m l a b z j u e d u c n m m b o o k h 2 6 4 a n d m p e g 4 v i d e o c o m p r e s s i o n v i d e o c o d i n g f o r , n e x t g e n e r a t i o n m u l t i m e d i a 廿( 1 f 1 1 2 】k a m a c i ，n ，a l t u n b a s a k ，y ，p e r f o f i n a n c ec o m p a r i s o no f t h ee m e r g i n gh 2 6 4 v i d e oc o d i n gs t a n d a r dw i t ht h ee x i s t i n gs t a n d a r d s m u l t i m e d i aa n de x p o ，2 0 0 3 i c m e 0 3 p r o c e e d i n g s 2 0 0 3i n t e m a t i o n a lc o n f e r e n c eo nv o l u m e1 6 9 j u l y2 0 0 3