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无线应用环境中的H.264复杂度优化

张博  
【摘要】:随着无线网络的迅猛发展,无线视频媒体成为一个应用研究热点。最新的H.264视频编码标准兼具良好的压缩效率和网络适应性,非常适合成为无线媒体应用中的标准格式。然而,具有高压缩率的同时,它也带有极高的计算复杂度。采用ITU提供的参考软件,在无线环境的服务器端和客户端都远不能达到实时应用,因此有必要针对无线应用环境进行复杂度优化,提高编解码速度。 复杂度优化可以分为算法优化、与机器无关的代码优化和针对体系结构的优化。由于无线视频的编码端异构性较强,编码流程有可能随应用变化而改动,并且编码算法复杂,有算法优化的余地,因此对编码部分采取算法的优化。在考查编码中各个环节的复杂度,分析了编码流程瓶颈之后,将优化的重点放在了帧间预测模式快速选择算法上。通过对当前已有的多种快速预测算法进行研究,将其分为简化RD优化过程的方法、通过运动补偿结果判断的快速模式选择、基于空间信息的快速算法和基于简单时间信息的模式选择算法。在研究的基础上,提出了一种合理的基于时间信息的优化算法,通过P帧参考图像的分块结果,考虑子块的运动特征,对当前图像进行快速帧间模式选择。由于在算法中增添了匀速直线运动的假设,所以算法同时包含场景变换的快速判断,以消除假设条件不成立所带来的压缩效率损害。经过仿真验证,此算法可以使运动搜索环节的计算时间节省40%,同时PSNR下降不超过0.1dB,码率增加不超过2.5%。 在解码器中,由于算法的灵活性较差,可优化幅度有限,主要采用了针对体系结构的优化方法。通过对无线应用的环境进行分析,选择XScale系统作为典型应用平台。通过研究XScale的MAC、内存结构、缓存特性和流水线等特点,并通过对解码器的瓶颈进行分析,确定出优化策略。通过改变内存访问方式、微调子程序结构、锁住数据缓存和进行汇编优化,使解码性能大幅度提升,达到实时解码播放的程度。


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