視頻壓縮算法及其于嵌入式MPSOC的視頻編碼研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著視頻編碼壓縮技術(shù)的發(fā)展，特別是H.264標(biāo)準(zhǔn)的推出，以規(guī)則塊為單位的視頻壓縮性能得到巨大提升。如何進(jìn)一步提高視頻編碼性能，實現(xiàn)比H.264壓縮效率高一倍的新一代視頻編碼方案，是視頻領(lǐng)域近年來的研究重點之一。本文從非規(guī)則塊模型的角度出發(fā)，對視頻壓縮中的雙向預(yù)測幀、幀間運(yùn)動模型和DCT變換等方面展開研究。關(guān)鍵點濾波匹配是一種基于彈性模板的圖像匹配方法，適合表達(dá)各種形變運(yùn)動。但彈性模板對遮擋較為敏感，本文提出基于雙向匹配的遮擋修正模型，有

2、效改善部分遮擋區(qū)域的主觀和客觀質(zhì)量；而針對圖像邊界匹配問題，本文提出一種無約束邊界擴(kuò)展模型，有效解決圖像邊界失配問題。
　　 本文將基于關(guān)鍵點濾波匹配的圖像插值用于解決視頻編碼中雙向預(yù)測幀的壓縮。首先對直接跳幀編碼進(jìn)行測試分析，結(jié)果表明在中低碼率下，插值圖像質(zhì)量與傳統(tǒng)B幀相當(dāng)，總體碼率可節(jié)省約5-15％。分析表明模型失效、線性插值和非線性運(yùn)動的偏差是造成插值圖像客觀質(zhì)量不高的原因。針對模型失效，提出帶局部補(bǔ)償?shù)奶鴰幋a思想，實驗

3、結(jié)果表明帶局部補(bǔ)償?shù)奶鴰幋a比傳統(tǒng)B幀編碼在中低碼率下節(jié)省碼率5-10％，圖像質(zhì)量略高于B幀；高碼率下圖像質(zhì)量不如B幀，但可節(jié)省碼率10-20％。針對線性插值和非線性運(yùn)動失配問題，依據(jù)人眼對短時間間隔內(nèi)運(yùn)動特性不敏感的特點，提出帶主觀加權(quán)的圖像質(zhì)量評價準(zhǔn)則，根據(jù)該準(zhǔn)則，進(jìn)一步證實跳幀編碼在中低碼率更具優(yōu)勢的特點。
　　 傳統(tǒng)規(guī)則塊運(yùn)動估計，不符合運(yùn)動物體的不規(guī)則邊界。本文提出混合塊分割思想：大的規(guī)則塊和小的不規(guī)則塊分割相結(jié)合。據(jù)

4、此提出基于折線的塊分割方法，采用一條折線擬合規(guī)則塊內(nèi)的物體邊界，從而提高運(yùn)動估計的準(zhǔn)確度，結(jié)果表明折線分割比傳統(tǒng)規(guī)則塊分割的性能增益約02.-0.3dB。傳統(tǒng)二維DCT無法有效處理傾斜邊界，本文提出重排DCT思想，先對像素塊進(jìn)行位置重排，再進(jìn)行DCT，從而提高DCT系數(shù)集中性，結(jié)果表明在中高碼率，性能提高0.1-0.2dB。此外，還提出重排DCT與不規(guī)則塊分割相結(jié)合的編碼方法，利用不規(guī)則塊分割信息表達(dá)重排DCT的方向，減少所需比特數(shù)，結(jié)

5、果表明重排DCT與不規(guī)則塊分割相結(jié)合，在各個碼率下，性能增益均到達(dá)0.2-0.3dB。
　　 視頻壓縮性能的提高帶來運(yùn)算復(fù)雜度的急劇增大。嵌入式MPSOC作為一種并行計算的處理器系統(tǒng)，適合數(shù)據(jù)量大、運(yùn)算復(fù)雜度高的視頻信號處理，同時，嵌入式MPSOC也面臨著存儲資源有限、調(diào)度復(fù)雜等問題。本文以實驗室自主研發(fā)的嵌入式多媒體MPSOC(MediaSOC3201A)為平臺，以MPEG4編碼為例，對嵌入式MPSOC在視頻壓縮中的存儲優(yōu)化、

6、多核調(diào)度等相關(guān)問題進(jìn)行研究。
　　 針對數(shù)據(jù)空間優(yōu)化，設(shè)計了基于宏塊的編碼策略，數(shù)據(jù)空間比基于宏塊組的編碼策略節(jié)省了約52.1％。針對單核程序存儲空間不足的問題，提出一種基于主從結(jié)構(gòu)的MPSOC程序覆蓋機(jī)制，對于MPEG4編碼，單核程序空間可節(jié)省33.6％。針對MPSOC中多處理器調(diào)度復(fù)雜的問題，提出一種面向?qū)ο蟮恼{(diào)度策略，將各個處理器上的軟件模塊進(jìn)行統(tǒng)一封裝，分離調(diào)度和數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)多核調(diào)度的統(tǒng)一化。將MPEG4編碼分離為變長