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面向航天应用的视频压缩算法的研究与应用

王丽萍  
【摘要】: 随着视频压缩技术的不断发展,其在航天任务应用领域发挥着越来越重要的作用,借助视频压缩技术可以高效地完成视频图像采集,减少信道数据的存储量,提高传输效率,有利于航天器与地面控制系统的交互。H.264/AVC是目前较先进且被广泛使用的一种视频压缩技术,并被MPEG-4吸收为其第十部分。与先前的一些编码标准相比,H.264标准继承了H.263和MPEG1/2/4视频标准协议的优点,但在结构上并没有很大的区别,只是在各个主要的功能模块内部使用了更为先进的技术,提高了编码效率。但是编码效率的提高是以复杂度的成倍增加为代价的,这就使得H.264在实时的视频编码及传输应用中面临着巨大的挑战。 本文的研究工作是针对H.264算法面对航天应用的优化和实现。本文在算法实现的过程中采用了新的快速搜索算法和插值算法,在保持基本相似的PSNR值的情况下,大幅度提高了编码速度,并且探索了H.264编码器在资源有限的DSP平台上实现的有效途径,在航天应用中具有较强的实用价值。本文主要包含以下内容: 本文首先简单总结了视频编码的基本原理、主要方法与视频编码的国际标准和协议;接着介绍了H.264/AVC标准,包括编码层算法实现的新特性;针对目前H.264算法过于复杂而未被广泛应用在嵌入式系统的现状,本文提出了具有针对性的搜索算法和插值算法的优化和改进,并且对所使用的DSP开发平台研究具体的开发和优化方案。 建立在前面章节分析的基础上,本文着重研究了在程序代码执行过程中占用系统资源最多的运动估计/补偿技术。并且针对其中的搜索算法和插值算法进行了执行过程的分析,综合比较了当前通用的相关算法及其实现过程,在大量的理论基础上,本文提出了对这两种算法的改进措施,大大地提高了整个H.264的执行效率。 在以上工作的基础上,本文还详细地论述了H.264在DSP系统上的具体实现过程,包括DSP的系统配置和移植过程中具体参数的设置,实现了目标代码的DSP化。同时,为了提高代码运行速度与效率,本文进一步基于DSP对程序进行了优化,包括DSP上系统资源Cache和DMA的应用、C代码优化、汇编语言优化。


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