基于VLSI实现的视频编码关键算法研究-信号与信息处理专业论文.docxVIP

摘 要 多媒体通信尤其是视频通信由于其越来越广泛的应用从而成为当今最具有吸 引力的研究课题之一。随着技术的进步，视频应用的平台由计算机和机顶盒扩展 到手持设备，如个人数字助理和智能手机等，这对视频编码的 VLSI 实现提出了新 的要求（低功耗和低成本）。国际视频编码标准在很大程度上促进了视频编码应用 的普及，而国际视频编码标准中开放的关键算法决定了视频编码的性能。在当前 的国际视频编码标准中，运动估计和码速率控制算法正是这些开放的关键算法。 本文结合 VLSI 实现，对国际视频编码标准中的运动估计算法和码速率控制算法进 行了深入研究，取得了一定的成果，并实际应用于视频编解码芯片的设计中。 本文的主要工作和研究成果如下： 1. 结合全有哪些信誉好的足球投注网站运动估计的一维阵列 VLSI 实现结构，提出了一种易于 VLSI 实现 的低复杂度运动估计快速算法―分层准全有哪些信誉好的足球投注网站法。该算法在计算复杂度仅为全 有哪些信誉好的足球投注网站四分之一时取得了和全有哪些信誉好的足球投注网站可比的性能。与其它快速有哪些信誉好的足球投注网站算法相比，该算 法具有很强的鲁棒性。该算法流程简单，数据流规则，适合 VLSI 实现。本文 提出了一种分层准全有哪些信誉好的足球投注网站对应的 VLSI 结构，并给出了实现结果。 2. 利用整像素有哪些信誉好的足球投注网站和亚像素有哪些信誉好的足球投注网站的联系，建立了二者之间的数学模型，从而提出 了一种低复杂度快速半像素级运动估计算法。该算法根据 3 种不同数学模型， 用整像素级运动估计的结果直接预测半像素运动估计的结果，并用民主集中制 的投票来确定最终的半像素运动矢量。该算法避免了半像素插值和匹配过程， 计算复杂度低，易于 VLSI 实现。实验结果表明该算法可获得较好的图像质量。 3. 基于软硬件协同设计的思想，提出了一种高效的可编程运动估计处理器 VLSI 结构。设计的运动估计处理器支持多种高效的快速运动估计算法，支持 1MV、 4MV、非限制性运动矢量和半像素精度运动估计。该处理器还能支持解码时的 半像素插值功能。设计的运动估计处理器能为 H.261/H.263,MPEG1/2/4 中的运 动估计和运动补偿提供完整的解决方案。实际的 VLSI 设计结果表明该处理器 在运行 PMVFAST 算法时工作在 40MHz 就能支持 CIF 格式 30 帧/秒的 MPEG4 实时编码。 4. 在 DCT 域建立合理的率失真模型，应用于 TMN8 码速率控制算法，提出了一 种新的低时延视频编码码速率控制算法。该算法不仅取得了同 TMN8 算法一 致的性能，还具有计算复杂度低、鲁棒性好的优点。与 TMN8 算法相比，新 算法能够应用到 I 帧编码和引入了帧内预测编码的 MPEG4 编码中。由于新算 法在变换域建立的率失真模型，能够方便地应用到视频转码编码中。 关键词：视频编码 VLSI 运动估计 亚像素 可编程处理器 率失真 码速率控制 Abstract Multimedia communication especially the video communication has been one of the most interesting research topics since 1990’s because of its wide application. With the improvement of technology, there is an ongoing global trend to shift multimedia applications from traditional platforms, such as desktop PCs and set-top boxes, to hand-hold devices (e.g. PDAs and smart-phones), which results in some new constraints (e.g. power efficient and cost efficient) for VLSI implementation of video codec. International video coding standards greatly facilitate the wide use of video coding, and the open key algorithms in video coding standards determine the performance of the video coding. Motion estimation and rate control algorithms are exactly the open key algorithms in current international video coding standards. This di