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基于SSE4指令集的H.264编码标准的运动估计优化

范亚琼  
【摘要】: H.264,同时也是MPEG-4第十部分,是由联合视频组(JVT, Joint Video Team)提出的高度压缩数字视频编解码器标准。与之前的视频编码标准相比,H.264具有低码率、高质量的压缩画面和优秀网络适应性等优点。目前已在视频压缩、数字电视广播、流媒体等领域得到广泛的应用。但是,H.264优越的编码性能是以其高复杂度为代价的。因此,如何在保证视频质量的同时,降低算法复杂度,提高编码速度是目前对H.264研究的热点。 首先,本文阐述了课题研究背景、视频编码简史、相关的视频编码标准及研究现状等。分析了H.264的编解码框架及关键技术。研究了快速运动估计中,宏块匹配的准则和模式选择原理,深入分析了四种典型的运动估计算法:全搜索算法、EPZS算法、UMHexagonS算法及简化UMHexagonS算法的原理和算法特征,在JVT的JM10.2平台上分别实现了这四种算法,比较了其性能优劣。全搜索算法最精确、算法思想简单,实验结果表明EPZS算法、UMHexagonS算法及简化UMHexagonS算法在全搜索算法基础上能够显著提高编码速度,同等条件下,简化UMHexagonS算法性能最优。 接着,阐述了SSE指令集发展历史,重点研究SSE4指令集中可快速提升视频编码速度的两条指令,MPSADBW指令和PHMINPOSUW指令,详细分析了这两条指令的参数,计算原理,返回结果等。分析使用SSE4指令实现H.264快速运动估计算法优化的可行性,并在JVT的JM8.6平台上实现了使用SSE4指令集实现快速计算SAD。 然后,使用SSE4指令集在JVT的JM8.6平台上实现了快速运动估计算法优化,通过软件仿真,与JM8.6平台上的全搜索算法进行性能比较,详细分析了峰值信噪比增量、码率增量、编码时间节省因子三个衡量算法优劣的性能指标。最后得出结论,本论文提出的基于SSE4指令集的H.264编码标准的运动估计优化算法,在保证较小图像质量损失、较低码率增量同时,能显著减少编码时间,节省编码时间18-30%。该算法更适用于运动强度较小的视频序列。 最后,对本文工作作出了总结,并对未来的研究方向作出展望。将把对运动估计搜索算法的优化及SSE4指令集优化结合,以及对T264平台的研究等作为今后的研究方向。


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