视频处理中预测编码在嵌入式系统中的实现与优化

发布时间：2020-08-19 08:52

【摘要】： 数字视频处理在工业、军事和民用等领域发挥着重要的作用,而旧的视频处理标准已经不能满足日益增长的市场需求,所以出现了以MPEG-4为代表的新一代标准。新的标准带来新的应用,信源日益复杂、应用平台日益拓展,在这种形势下,新的应用如何适应多种平台特性、如何提高处理质量成为当前研究的热点、重点和难点。 XVID是一种基于MPEG-4标准的数字视频处理开源工具集,它提供了如下主要编码工具:帧内编码和帧间编码、直流和交流分量系数预测、无约束运动向量、运动估计中可预测的运动向量场自适应搜索技术和4个运动向量等。这个工具集具有高效和可移植的特性,尤其适合应用于基于嵌入式系统的网络视频和移动视频处理。所以本论文将XVID作为研究的实例。预测编码模块是MPEG-4中的核心模块之一,它的性能直接影响着整个处理过程的性能。预测编码模块主要包括运动估计和运动补偿两部分,概括的讲,预测编码模块的功能就是通过已处理过的帧来预测出当前要处理的帧,最终目的是使用尽可能少的数据来表示数字视频的图像帧。在数字视频处理中,绝大多数图像帧是使用预测编码模式来编码的,并且未使用预测编码的图像帧仍然会使用预测编码模式来编码其离散余弦变换后的直流和交流分量系数。可见预测编码模块是数字视频处理中的基础和重点,因此本论文将预测编码模块作为研究的核心。嵌入式系统应用研究也是目前的一个研究热点,现在许多先进的数字视频应用都是以嵌入式系统为平台的。为了提高课题的创新性和实用性,本论文将嵌入式系统作为最终的实现平台,并且选择具有代表性的美国德州仪器公司生产的数字信号处理器TMS320C6416作为实例。本论文首先根据数字视频处理的原理以及视频处理标准MPEG-4剖析了XVID的核心流程,并且根据对XVID的深入了解将这套工具集移植至TMS320C6416平台。然后本论文针对XVID的预测编码模块设计了一套两级优化方案:利用可变复杂度算法原理进行与平台无关的算法级优化,利用实现平台的特性进行与平台相关的指令级优化。在算法级优化中设计了一系列算法,这些算法都是基于实践的观察和理论的探索,做到了充分挖掘数字视频处理的固有特点,配合现有的快速算法,做到了适用面广,处理速度明显提高,且图像质量无明显下降。在指令级优化中重新编写了一系列函数代码,这些函数都是基于TMS320C6416本身特性,充分使用了配套编译环境提供的开发和优化工具,使得处理速度进一步提高,并且图像质量无任何下降。这套优化方案不仅是本课题的研究工具,而且对于其它平台的数字视频应用也有参考意义。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TN919.81;TP368.12

【参考文献】