臺灣博碩士論文加值系統

H.264的壓縮技術是目前極重要的視訊編碼技術之一，這套視訊編碼技術標準是由Joint Video Team (JVT) 於2003年5月時推行，並開放此壓縮技術的官方原始碼JM，雖然JM實現了高品質與高壓縮效能的技術，但是在執行速度上卻不理想。本研究以本實驗室自製的Constrained Baseline Profile H.264編碼器作基礎，進一步改良其選擇Inter-Prediction 模式的方法，其原理乃是利用CBP(Code Block Patten)計算非零值來做為選擇的依據，在盡量不降低畫面品質與增高壓縮量的情況下，利用此機制來避免H.264編碼器需計算所有模式以達到最小壓縮量，進而加快執行速度，本改良可使實驗室既有的編碼器在x86 CPU平台上，從原本僅能每秒壓縮5張視訊畫面提升到最多每秒13張的程度。此外，將此改良法移植到德州儀器公司之 DM6437 DSP開發板中，以實現智慧型網路攝影機之開發，目前移植到DSP中的編碼器程式，再經過編譯最佳化後，可以達到壓縮QCIF畫面每秒13張的程度，而原本實驗室舊有的演算法在DSP中僅能達到QCIF每秒3張，兩者相比較後可以發現速度明顯的提升，但是DSP中還無法到即時畫面的速度，即使在Inter-Prediction模式的選擇上做了很大的改進，但程式的部份是由x86所移植，軟體撰寫不夠符合硬體，因此未來的工作將修改程式碼以適合在DSP的架構下執行。
關鍵字 : H.264、Inter-Prediction、PSNR、CBP、DM6437。

The compression of H.264 that was showcased in May of 2003 by the Joint Video Team (JVT) is one of the most important technologies of video encoding. Released along with it, was the source code JM. Although JM is of high quality and efficiency, the executing speed of the algorithm is non-optimal. With the self-made Constrained Baseline Profile H.264 as a starting point, the method of choosing Inter-Prediction mode has been further improved. The choosing method was decided using CBP (Code Block Patten) to calculate the non-zero values.
In this research using the original H.264 of self-study on platform x86 improves the new algorithm, getting excellent performance that can increase the number of frames per second from five to thirteen. Also, the TI DSP was used on the DM6437 platform to remove the new algorithm and develop the real-time camera system. Presently, the new algorithm on DSP can compress thirteen QCIF frames per second, surpassing the old algorithm’s three frames per second. However, the algorithm doesn’t have good performance on DSP because the algorithm structure is implemented on x86. Even if the algorithm improves the Inter-Prediction Mode selection, it can’t compress real time frame numbers on DSP. In the future, the target is to rewrite part of the algorithm or change to a new search method that will equalize performance on DSP architecture.
Keywords : H.264、Inter-Prediction、PSNR、CBP、DM6437

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誌 謝 iv
摘 要 v
Abstract vi
目 錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 序論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與方法 2
1.3 論文架構 3
第二章 H.264影像壓縮標準介紹 4
2.1 H.264演算法介紹 4
2.1.1 預測編碼(Prediction Coding) 5
2.1.2 轉化及量化編碼(Transform Coding) 9
2.2 自製H.264之編碼器 13
2.2.1 演算法介紹 13
2.2.2 H.264與自製H.264之差異 15
2.3 位元率估測技術 17
2.3.1 位元率失真函數簡介 17
2.3.2 簡易位元率估測法與比較 18
第三章 快速畫面內預測模式之探討 23
3.1 快速演算法之探討 23
3.1.1 Inter快速模式選擇演算法 23
3.1.2 Intra快速模式選擇演算法 25
3.2 簡易估測技術與編碼區塊樣式 27
3.2.1 簡易量化判別 27
3.2.2 簡易估測技術與編碼區塊樣式演算法架構 30
3.3 演算法之差異性 35
第四章 德州儀器開發環境與最佳化介紹 36
4.1 DM6437硬體開發平台 36
4.2 CCSv3.3軟體開發平台 38
4.3 系統環境建置 43
4.4 平行化與管線處理 44
4.4.1 管線與平行化之理論介紹 44
4.4.2 管線與平行化技術之演算法效能提升 48
第五章 研究結果與分析 54
5.1 演算法分析與比較 54
5.2 移植DSP之演算法效能比較 57
第六章 結論與未來展望 61
參考文獻 62

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