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《复旦大学》 2007年
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基于H.264基线规范的算法研究与实现

田应洪  
【摘要】: 随着通信技术和微电子技术的发展,在手持移动终端中提供视频图像服务是一大趋势。但由于数字图像信号信息量大,而存储空间和传输带宽有限,因此必须进行有效的压缩。H.264/AVC标准是ITU-T的视频编码专家组和ISO/IEC的运动图像专家组组成的联合视频工作组发布的一个的数字视频压缩标准,具有优秀的压缩性能,并适于在不同信道上传输,因此得到广泛应用。H.264/AVC标准中的基线规范特别适合手持移动终端中的图像处理,因此本论文对其进行研究.本论文优化基线规范中相关算法,构建实时编解码器,并进行硬件实现。 本论文首先根据基线规范的算法原理和系统设计指标,提出了一种新颖的、基于改进的DMA总线的视频编解码处理器。该处理器外部接口简单,方便集成到不同的系统中。该处理器采用限制性的流水技术,满足实时性要求,节省各级流水的缓存。严谨的系统状态机设计使得该处理器能在数码相机,视频摄像,视频电话,和视频播放模式下工作。 然后本论文研究编解码处理器中各部分的算法优化和硬件实现架构。在预测域,本论文分析了帧内预测和帧间预测的算法原理,创新点体现在:(1)提出了多种利于实时硬件实现的帧内预测模式快速选择方案;(2)提出了包含硬件复用的帧内预测编解码器硬件架构。该架构采用编解码复用以节省硬件,采用5级流水以提高速度,采用可配置的帧内预测处理器以支持17种预测模式;(3)提出了一种新的高速运动估计搜索算法——蝶形搜索算法;(4)提出蝶形搜索算法的硬件实现,该实现方法解决了一类快速搜索的硬件实现问题。在预测域,本论文也研究了小数运动估计与补偿的算法及硬件实现。在变换域,本论文分析了整数离散余弦正变换/反变换和量化/反量化的算法原理,并提出基于双变换复用的硬件架构。在变换域,本论文还研究了变换域的一个重要应用——全零块检测法。在熵域,本论文研究了CAVLC和CAVLD的算法原理,构建了基于快速查表法的硬件实现架构。在重建域,本论文着重研究了去块滤波器的算法原理,提出了一种新的基于块的硬件架构。该硬件架构由于考虑了前级处理模块的输出数据特点,较相关结构具有更高的处理速度。 最后本论文进行了MATLAB级视频编解码器仿真,并在Xilinx公司的VirtexⅡPro FPGA开发系统对编解码器进行验证。结果表明,本论文设计的视频编解码器达到设计指标。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN919.8

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李海燕;张春元;付剑;;基于流体系结构的帧内预测算法优化设计[J];电子学报;2010年05期
2 刘斌;何剑锋;孙玲玲;;基于FPGA的H.264 DCT算法的硬件实现[J];现代电子技术;2012年10期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 任巨;基于流计算模型的视频编码关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 李海燕;基于流体系结构的H.264视频压缩编码关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 宋林东;基于3G网络的视频监控系统—图像恢复与信息反馈[D];内蒙古大学;2011年
2 林和志;IP视频监控器的视频编码器的研究与实现[D];厦门大学;2009年
3 李志娟;H.264视频编码快速算法研究及其DM6437实现[D];湖南大学;2010年
4 刘斌;基于FPGA的H. 264视频编码器[D];杭州电子科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 纪宗南;基于SoC的数字摄像系统[J];单片机与嵌入式系统应用;2002年03期
4 郑秀英;;H.264中CAVLC解码算法的改进[J];电视技术;2006年S1期
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6 颜伟成,陈朝阳,沈绪榜;AMBA-AHB总线接口的设计与实现[J];计算机与数字工程;2005年10期
7 陈川,余松煜,薛震民;基于DSP与CPLD的图像压缩编码系统设计[J];数据采集与处理;2003年02期
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9 张颖,刘济林;H.264中CAVLC解码的分组优化[J];信号处理;2005年01期
10 彭祯艺;;3G市场与芯片解决方案发展趋势[J];现代传输;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周荣政;数码相机处理器设计及系统集成研究[D];复旦大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方菁;;双极型功率集成电路设计探讨[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2012年03期
2 杜伟韬;杨刚;杨占昕;吕锐;;数字信号处理IP的层次化设计与验证[J];半导体技术;2007年07期
3 丛昉琦;姜光远;;用图解分析法分析放大器的输入、输出电阻[J];长春师范学院学报(人文社会科学版);2009年12期
4 吴斌;郭树旭;王明江;郑凡;陈玫玫;;适用于H.264标准的变长分组VLD结构[J];东北师大学报(自然科学版);2009年01期
5 朱颖亮;;电能表的现状分析和未来规划展望[J];电测与仪表;2009年S2期
6 张秀丽;万忠;鲍程红;;基于码头分组的CAVLC解码算法优化[J];电路与系统学报;2009年03期
7 陈光化;熊青青;陈绍宽;;H.264/AVC视频编码标准中CAVLC解码器的设计[J];电视技术;2006年12期
8 高玉娥;石迎波;封颖;李金秀;;H.264解码器的系统设计及CAVLC的硬件实现[J];电视技术;2006年12期
9 郑秀英;;H.264中CAVLC解码算法的改进[J];电视技术;2006年S1期
10 李志海;;H.264在视频会议系统中的应用[J];电信快报;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 马国胜;杨鹭怡;;基于LTM9003接收器在无线基站设计中的应用[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
2 史永懋;张民;陈雪;;基于间插切换帧的移动视频快速频道切换研究[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集[C];2007年
3 张开圣;吴巨红;陈经野;张银福;;基于IPIF的IP核设计及在雷达信号处理中的应用[A];全国第一届信号处理学术会议暨中国高科技产业化研究会信号处理分会筹备工作委员会第三次工作会议专刊[C];2007年
4 赵敬华;李广鹏;;视频图像编码技术在移动卫星通信中的应用[A];第五届卫星通信新业务新技术学术年会暨卫星通信系统网间互联互通与接口标准研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周娅;H.264解码系统设计与关键算法研究[D];华中科技大学;2011年
2 许伟伟;适用于便携式产品的单电感多输出直流—直流变换器的研究与设计[D];复旦大学;2011年
3 冯勇;带自适应电源的高效线性音频功率放大器的研究与设计[D];复旦大学;2011年
4 戈志伟;面向CIS图像处理SoC的算法、架构及复杂多媒体SoC中通信网络研究[D];天津大学;2012年
5 韩从道;基于H.264的视频快速压缩技术研究[D];浙江大学;2011年
6 付文汇;现场可编程模拟阵列体系结构研究及可重构模拟处理器的研究和设计[D];复旦大学;2011年
7 郭锐;基于LDPC码不等错误保护的立体视频通信研究[D];浙江大学;2007年
8 王峻松;高速串行收发器与寄生供电总线的研究[D];复旦大学;2007年
9 吴斌;H.264解码关键算法的VLSI实现研究[D];吉林大学;2008年
10 凌波;视频会议系统中QOS研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁盼;基于FPGA的H.264视频解码IP核的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 邱发平;军用食品跌落冲击理论与测试研究[D];湖南工业大学;2010年
3 王宏滨;AMBA/Wishbone总线桥IP核的设计[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 华磊;基于Bayer格式数字图像传感器颜色插值及降噪的算法研究[D];浙江大学;2011年
5 蔡蕊;网络处理器中DDR SDRAM控制器的设计与实现[D];西安电子科技大学;2011年
6 周东红;基于3×3 NoC的路由器设计与网络性能分析[D];西安电子科技大学;2011年
7 孙波;多核SOC定制控制处理器与片上总线接口设计与实现[D];西安电子科技大学;2011年
8 贾佳;彩色CCD板型相机关键技术的研究与开发[D];江南大学;2011年
9 任大韫;基于达芬奇平台的嵌入式视频系统关键技术研究与实现[D];北京邮电大学;2011年
10 彭维;基于PLB总线的用户IP核接口技术研究[D];合肥工业大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王嵩,刘济林,薛全,陈国斌;H.264/AVC中基于全零块检测的运动估计快速算法[J];电路与系统学报;2005年01期
2 王嵩,薛全,张颖,陈建乐;H.264视频编码新标准及性能分析[J];电视技术;2003年06期
3 宋磊;方向忠;;达芬奇技术的视频应用分析[J];电视技术;2006年09期
4 徐鹏;邹浩斌;;基于达芬奇技术的TMS320DM6446视频研究[J];电子产品世界;2006年03期
5 郑小龙;;达芬奇之旅——TI数字视频巡回研讨会的技术核心[J];电子产品世界;2006年23期
6 李大舟;吴建华;;Motion JPEG视频压缩IP核的设计与实现[J];电子技术应用;2008年06期
7 宋彬;常义林;李春林;;H.264帧间预测模式的快速选择算法[J];电子学报;2007年04期
8 吴伟;文梅;伍楠;何义;杨乾明;管茂林;荀长庆;任巨;柴俊;张春元;;多维可扩展流体系结构研究与评测[J];电子学报;2008年05期
9 谢正光;刘勇;刘文军;杨铁军;;基于能量守恒全零DCT系数块的预先判别算法[J];光电工程;2007年06期
10 张春元;文梅;伍楠;荀长庆;吴伟;;二维拉格朗日和欧拉结合法在流处理器MASA上的实现与评测[J];国防科技大学学报;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 薛全;H.264/AVC中运动估计、变换与解码器优化[D];浙江大学;2004年
2 成运;实时H.264关键编码算法研究与实现[D];国防科学技术大学;2006年
3 文梅;流体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 王正宁;H.264/AVC视频编码快速算法研究[D];西南交通大学;2007年
5 伍楠;高效能流体系结构关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
6 张英;面向科学计算流处理器的编译存储优化技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
7 李海燕;基于流体系结构的H.264视频压缩编码关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴浩;H.264关键算法及软硬件协同设计研究[D];大连理工大学;2010年
2 刘西娟;H.264帧内预测算法研究[D];西安电子科技大学;2010年
3 周宁兆;视频编码标准H.264及其快速实现算法研究[D];西安电子科技大学;2005年
4 肖志坚;H.264帧间编码技术的分析与改进[D];西安电子科技大学;2005年
5 伍楠;流处理器MASA内核的研究及实现[D];国防科学技术大学;2005年
6 吕宇良;H.264视频编码算法研究与优化[D];湖南大学;2007年
7 周泉;H.264基线档次中错误隐藏的研究与实现[D];上海交通大学;2007年
8 骆张强;基于Davinci技术的智能家庭监控系统的设计与实现[D];电子科技大学;2007年
9 李礼;流体系结构存储访问机制的研究[D];国防科学技术大学;2006年
10 欧阳丹;基于H.264的帧内预测与变换方法的研究与优化[D];武汉理工大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 周柔刚;程鑫;周云飞;刘广斗;;总线式并行计算构架及数据精密同步机制设计[J];华中科技大学学报(自然科学版);2013年12期
2 吕涛涛;邓正宏;;基于Shared Memory的多核算法处理系统及实现[J];现代电子技术;2013年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 任巨;基于流计算模型的视频编码关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 张慧强;基于DM6437的H.264编码器研究与实现[D];太原理工大学;2011年
2 邵娟;基于DaVinci平台的视频转码系统的设计与实现[D];山东大学;2010年
3 杨彦伟;H.264帧内预测算法研究[D];太原理工大学;2012年
4 李进舜;3G移动摄像远程视频监控系统的设计与实现研究[D];中南大学;2012年
5 雷利;H.264算法优化及其在DM6446中的应用研究[D];湖南大学;2012年
6 郭洪健;嵌入式网络视频传送技术的研究与实现[D];南京邮电大学;2013年
7 荣超群;基于FPGA的H.264编码系统设计与实现[D];东北大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 俞日龙,董培良,俞承芳,周荣政,洪志良;边界增强算法的硬件实现[J];半导体技术;2001年11期
2 周荣政 ,何捷 ,洪志良;自适应的数码相机自动白平衡算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2005年03期
3 刘峰,周荣政,陈学峰,洪志良;一种动态精度匹配的面积优化2-DDCT/IDCT的实现[J];微电子学;2003年06期
4 胡琳蓉,朱秀昌;一种适用于H.263的运动估计搜索算法[J];通信学报;2000年06期
5 国澄明,吴涛,苏晓红,朱伯春,王兆华;基于专用与通用DSP的实时图像处理系统[J];通信学报;1994年06期
6 安向阳,沈庭芝;基于DSP TMS320DM642的H.264视频编码的实现和优化[J];微计算机信息;2005年10期
7 廖天康,苏彦锋,周荣政,洪志良;基于图像内容和人眼视觉特性的JPEG压缩编码[J];系统工程与电子技术;2002年02期
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9 张颖,刘济林;H.264中CAVLC解码的分组优化[J];信号处理;2005年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵晓燕,李金良;一种用于H.264的快速帧内预测模式判别方法[J];计算机工程与设计;2005年04期
2 李伟坡;林涛;;H.264/AVC帧内4×4块预测选择算法[J];微计算机应用;2006年02期
3 纪洪芝;张玉明;黄晁;;H.264/AVC解码中帧内预测的硬件实现[J];微电子学与计算机;2007年07期
4 崔玉斌;蔡安妮;;一种新颖的H.264帧内预测快速算法[J];北京邮电大学学报;2008年02期
5 王慧;常建平;;改进的H.264快速帧内预测模式选择算法[J];计算机工程;2008年19期
6 冯晓茹;陈晨;杨海池;吴成柯;;支持宏块级帧场自适应的H.264解码器帧内模块FPGA实现[J];空间电子技术;2008年04期
7 张剑,郑心炜;深度透视H.264标准中的预测编码[J];传感技术学报;2005年03期
8 李福翠;李世平;赵映儿;;H.264中帧内预测算法的快速实现[J];宁波大学学报(理工版);2006年02期
9 刘代如;宋昊;李晓辉;崔逊田;;H.264中的一种快速帧内预测判决算法[J];电视技术;2007年04期
10 郭丽颖;;H.264的帧内预测模式快速选择算法[J];计算技术与自动化;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李敬磊;何晶;许信玉;;H.264解码器中帧内预测的硬件实现[A];图像图形技术研究与应用2009——第四届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2009年
2 张晓丹;王萍;;一种基于特征的H.264的子块快速帧内预测算法[A];第七届和谐人机环境联合学术会议(HHME2011)论文集【oral】[C];2011年
3 韩祺良;徐伯庆;;基于AVS的帧内预测技术研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅲ)[C];2008年
4 杨任尔;曾兴斌;胡乾苗;;数字音视频标准AVS的帧内预测算法的优化[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2007年
5 贾克斌;李周贤;方晟;谢晶;庄新月;;一种基于宏块特征的H.264高效帧内预测算法[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
6 孙岩;李绍滋;;一种新的基于H.264/AVC标准的帧内预测算法[A];第四届和谐人机环境联合学术会议论文集[C];2008年
7 艾飞;徐伯庆;孙国强;韩祺良;;AVS帧内预测技术研究及DSP实现[A];2008通信理论与技术新发展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(下)[C];2008年
8 孙宏;王晓;魏志强;;H.264帧内编码模式快速判决算法研究[A];系统仿真技术及其应用(第7卷)——'2005系统仿真技术及其应用学术交流会论文选编[C];2005年
9 李世平;郁梅;叶锡恩;蒋刚毅;;一种快速帧内预测模式选择算法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
10 刘文俊;于鸿洋;;H.264中RDO模式下帧内预测快速算法[A];第二届和谐人机环境联合学术会议(HHME2006)——第15届中国多媒体学术会议(NCMT'06)论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周娅;H.264解码系统设计与关键算法研究[D];华中科技大学;2011年
2 许继征;高效图像编码中自适应变换的研究[D];上海交通大学;2011年
3 李宏伟;HEVC若干关键技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
4 方健;新一代视频压缩标准算法和应用研究[D];浙江大学;2008年
5 马晓静;H.264/AVC视频信息隐藏方法研究[D];华中科技大学;2010年
6 王正宁;H.264/AVC视频编码快速算法研究[D];西南交通大学;2007年
7 刘敏;面向移动的视频编码标准AVS-M关键算法研究[D];中国海洋大学;2007年
8 丁媛媛;H.264/AVC视频编码关键技术的研究[D];吉林大学;2009年
9 高毅;基于异构多核处理器的视频编码去相关性研究[D];华中科技大学;2009年
10 陶阳;面向高性能视频压缩的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈小垒;H.264&AVS双模视频解码器中帧内预测和反量化反变换的硬件实现[D];宁波大学;2010年
2 于保成;低码流H.264视频编码算法研究及FPGA实现探讨[D];中国海洋大学;2005年
3 曹宇辉;H.264运动估计整像素部分算法的改进与实现[D];浙江大学;2006年
4 李鑫锢;H.264/AVC时空域预测及环路滤波优化研究[D];浙江大学;2006年
5 王卓凌;H.264视频编码标准中模式选择和快速搜索算法研究[D];西南交通大学;2006年
6 杨先勇;基于H.264标准的插值技术研究[D];华中科技大学;2007年
7 胡有刚;H.264编码器帧内预测算法的研究和在FPGA中的实现[D];合肥工业大学;2010年
8 胡少华;基于DSP的H.264编码器的实现与改进[D];南昌航空大学;2010年
9 林熙;基于IP网络的数字视频监控系统关键技术的研究与应用[D];武汉理工大学;2006年
10 张欣佑;AVS帧内预测技术研究及其在DSP上的实现[D];北京交通大学;2007年
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