基于FPGA的H.264可变块运动估计算法的优化及实现

可变块运动估计算法(Variable Block Size Motion Estimation,VBSME)是H.264标准中重要的组成部分。它不仅计算量大,而且耗时长。为了减少运动估计时间和计算量,本文采用硬件实现的方式,并提出了一种利用绝对差值和(Sum of Absolute Differences,SAD)计算的树状结构进行数据重用的方案。该方案使得各单元间的数据流向明确,结构更简单。同时,本文还考虑到了帧间模式决策(Mode Decision,MD)和SAD计算可以并行计算的可行性,设计了相应的并行流水线结构。利用Xilinx xc7v585tffg1761-1开发板进行了仿真验证。结果表明,该方案可以一次性处理输入的256个像素数据,提高了实时性,并且达到了100%的数据利用率。此外,该方案支持最大分辨率为1920×1080,帧率为60帧/s,并具备低编码延时,满足了绝大多数场合的实时性要求。

基于申威SIMD指令的H.264编码优化

国产化申威处理器出现较晚,其在多媒体领域中的性能还不突出,同时通用处理器中的单指令流多数据流(SIMD)因能有效提升并行处理能力而受到处理器厂商的青睐。为提高国产化自主平台申威架构的多媒体处理能力,结合申威架构Core3B体系的SIMD指令系统,提出一种基于申威架构的SIMD指令集H.264编码优化方法。结合申威处理器的并行结构特点,利用申威适配的Perf、Top指令等系统性能分析工具,采集两种主流视频分辨率下与编码性能强相关的高频热点函数,详细分析其程序并行化可行性,采用手工嵌入申威SIMD和访存扩展等汇编指令进行细粒度优化。实验结果表明,该方法在申威架构下的H.264平均编码性能提升了约30%。相应工作成果已推送到申威社区,增强了基于申威处理器的国产计算机在桌面多媒体应用领域的工作体验。

基于威焱831平台的H.264视频解码优化

为提高威焱831平台的多媒体处理能力,解决H.264解码器解码效率低的问题,在提出SIMD指令级优化方法的同时,提出一种面向帧拷贝的优化方法。通过分析开源软件FFmpeg中H.264解码器的并行化特性,使用威焱平台性能分析工具解析影响视频解码性能的热点函数。采用手工嵌入SIMD汇编指令的方式对关键模块热点函数进行优化,通过FFmpeg源码编译过程链接汇编实现的内存操作函数memcpy提升内存拷贝速度。实验结果表明,威焱831平台视频解码的平均性能提高26%,推动了威焱831处理器在多媒体应用领域的发展。

基于H.264无线视频传输系统的研究

由于无线信道易错、时变和带限的特点,给视频数据的无线传输带来了巨大的挑战。本文设计了一种带有反馈的无线信道视频传输系统,为了加强系统的抗误码性,重点研究了基于错误隐藏的联合信道率失真算法,对原有视频容错编码方法进行改进,并提出了一种基于丢包反馈的自适应数据分割选择模式,在低带宽高误码的无线信道环境下,提高了视频图像的质量。

H.264硬件解码核的FPGA实现

针对H.264/AVC的视频解码问题进行了研究,给出了H.264解码核的硬件实现方案,对熵解码CAVLC查表方案进行了优化。详细介绍了句法预测模块、反量化、逆DCT以及帧内预测模块的具体实现结构;并引入流水线、并行处理和状态机处理方法来提高处理速度,实现了解码结构上的优化。该算法在EP2S60F672C5ES FPGA上获得验证,结果表明给出的H.264解码算法是正确的,且有节省硬件资源和较快解码速度的优点。

H.264中的去方块滤波

介绍了H.264视频编码标准中的自适应去方块滤波的原理、过程及参数选取,并在此基础上进行了仿真实验。实验结果表明,去方块滤波在提高图像质量和降低编码视频码率上效果显著。

H.264变换编码与量化原理及优化研究

本文分析了H.264视频编码标准中的整数变换和量化过程。H.264采用从DCT变换演化而来的4×4整数变换,使变换算法复杂度减小,同时消除了浮点运算导致的失配现象。将尺度调整融合在量化过程中,减少乘法次数,使H.264标准相对于以前的编码标准更加有效。同时通过采用SSE2指令,实现H.264变换与量化的优化算法,实验结果表明此算法有效地提高了编码速度。

H.264标准中的宏块编码模式的时空相关性预测算法

与以往的各种视频编码标准相比,N.264视频编码标准在编码效率上获得了相当大的提高。但这是以提高编码的计算复杂度为代价的,其中运动估计和模式选择的计算复杂度最大。文中提出一种宏块编码模式的快速预测算法,该算法首先检查根据宏块编码模式的时空相关性预测得到的模式,再与相应的阈值进行比较,判断是否结束模式选择过程,而不用检查所有的模式。试验结果表明:在保持相近率失真性能的同时,该算法可以有效地降低编码的计算复杂度。

基于FPGA的H.264解码核的实现

对H.264/AVC的视频解码问题进行了研究,给出了H.264解码核的硬件实现方案,对熵解码CAVLC查表方案进行了优化.介绍了句法预测模块、反量化、逆DCT以及帧内预测模块的具体实现结构;并引入流水线、并行处理和状态机处理方法来提高处理速度,实现了解码结构上的优化.本算法在EP2S60F672C5ES FPGA上获得验证,结果表明给出的H.264解码算法是正确的,且有节省硬件资源和较快解码速度的优点.

互信息在MPEG-2到JVT/AVC/H.264转码中的应用

本文为MPEG-2到JVT/AVC/H.264的转码提供了一种高效的块模式选择算法。这种新的模式选择算法充分的利用了原始MPEG-2码流数据和当前JVT/AVC/H.264码流数据之间的统计相关性,用于优化转码算法、提高操作效率。为了有效地利用这种相关性,本文引入了互信息的概念,以实现转码过程中对数据相关性的具体操作。通过计算、分析、比较视频流某种特征数据在转码前后的互信息,统计地得到该特征数据对转码过程的影响,由此可在转码过程中考虑并具体利用这种相关性以简化转码操作。

MPEG-2到H.264转码中变换系数转换的优化算法

为采用优势明显的H.264编码,并避免已有的大量MPEG-2非线性视频编缉设备被淘汰,研究了从MPEG-2到H.264转码的转换技术,分析了目前的转换算法,提出了一种DCT系数到H.264整数变换(HT)系数转换的优化算法,并针对不同视频终端的应用需求,分别给出了保持图像空间分辨率不变和减半时的转换方法。实验表明,该算法可大幅度简化运算,并具有良好的实时性和视频质量。

高效视频编码标准-H.264

H.264/AVC是ITU-T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC的活动图像编码专家组(MPEG)联合开发的一个最新的视频编码标准。其目的是为了获得很好的图像压缩效果并能适应不同的网络环境。文中对H.264/AVC标准的技术特点进行概要介绍。

基于H.264视频编码技术的研究

介绍和分析了H .2 6 4采用的新编码技术 ,诸如 1 /4和 1 /8像素精度运动估计 ,可变大小的图像分块 ,多参考帧 ,新的熵编码算法等 .新编码技术的采用使H .2 6 4的编码性能得到大幅提升 ;通过与H .2 6 3编码模型的实验性能对比测试 ,比较分析了H .2 6

基于纹理特征的H.264/AVC顽健视频水印算法

在分析现有视频水印算法的基础上,结合H.264压缩编码标准的特性,提出了一种新的基于纹理特征的视频顽健水印算法。算法先对当前帧4×4块进行整数离散余弦变换,判断其是否是纹理块,再采用能量差的方式自适应选择系数嵌入水印。实验结果表明,该算法对视频质量和码率的影响较小,并且能有效抵抗高斯噪声、低通滤波、重编码等常见的视频水印攻击。

基于3G和H.264技术的无线视频监控系统

针对网络视频监控设备的实际应用需求,融合视频压缩、嵌入式系统和无线通信等相关技术,设计实现了基于3G技术的H.264无线视频监控系统。该监控系统实现了视频数据的采集、压缩与网络传输以及编解码等功能。由于H.264标准中码率控制策略过于强调通用性而没有考虑无线网络的误码率高、抖动性大以及嵌入式终端的处理能力有限的因素,本系统在实现了H.264标准中码率控制策略的基础上进行了优化。实验表明,在码率没有明显增加的情况下,图像PSNR值有所提高,从而较好地实现了码率控制效果。

基于H.264低比特率视频流的半脆弱盲水印算法实现

本文提出一种基于H·264低比特率视频流的半脆弱盲水印方法,通过在H·264特有的的帧内预测和运动向量预测中分别嵌入鲁棒水印和脆弱水印,达到版权保护和内容完整性认证的双重目的.通过在嵌入强度和预测模式选择的拉格朗日乘子中引入H·264量化因子,增强了水印对重量化编码的抵抗力,取得更好的率失真平衡,减小水印嵌入对视频流比特率的影响.该算法可以实现水印的快速嵌入提取,满足视频实时处理的要求,实验结果证明了该算法的有效性.

基于实时流媒体传输系统的H.264组包算法研究

有线和无线网络上的实时流媒体传输技术已成为研究热点而其中组包策略的选取是其中的一个关键问题。本文首先设计了一种基于RTP的H.264实时流媒体传输系统模型,在此基础上提出了适用于H.264实时视频流传输的RTP组包算法HMP。该算法针对H.264NAL视频流特点,在考虑到视频流关联性的同时加入了对重要信息的保护。实验结果证明,HMP算法在网络丢包率较大的情况下仍能获得良好视觉质量。

基于H.264/AVC的视频信息隐藏算法

在H.264/AVC的帧内预测环节,调制H.264/AVC编码中I帧4×4亮度块的帧内预测模式实现信息隐藏.这种调制基于该模式与待隐藏比特之间的映射规则进行.宿主4×4块的具体位置由各块自身特点结合密钥所指定的嵌入位置模板确定.信息的提取过程不需要原始视频内容,也不需完全解码,而只要对码流中的帧内预测模式进行解码即可.

基于H.264视频编码的运动估计算法优化

运动估计是视频压缩中最重要的环节.H.264编码器由于采用了高精度运动矢量,计算量迅速增长,运动估计消耗整个编码时间80%左右.本文在分析UMHexagonS算法的基础上,分别对UMHexagonS算法中搜索窗口大小的选择、大六边形搜索和小六边形(小钻石)搜索模式三方面做了优化,在保持了原有图象质量的情况下有效的节省了运动估计时间.通过对各种测试序列的实验证明,优化后的算法与UMHexagonS算法相比,在重建图象质量和码率接近的情况下,运动估计时间平均节省了18.292%,降低了算法的复杂度,提高了编码器的实时性.

H.264/AVC压缩域鲁棒视频水印

针对现有H.264/AVC压缩域开环水印方法存在误差漂移及鲁棒性差的问题,分析了该类水印算法的特点及误差漂移机制,提出了一种无误差漂移的鲁棒视频水印算法。首先,基于视频重建过程,分析了开环回路水印方法的误差漂移机制,得到由水印信息造成的独立重建误差。然后,采用误差间的线性组合得到4个可以避免误差漂移的水印模板。最后,通过调制残差系数与相应水印模板之间的正负相关性,将水印嵌入在非零系数多的4×4子块上,而不像以往算法将水印直接添加在残差系数上。实验结果表明:所提算法造成的平均结构相似度下降在0.005以内;码率的增长在1.00%左右;对重量化转码、加性高斯白噪声、亮度调节等常见水印攻击,误码率均在0.15以下。得到的结果满足视频水印算法对透明性,码率稳定性,鲁棒性的要求。