臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究之目的利用新一代視訊壓縮標準- H.264/AVC並配合由德州儀器(TI)所開發的高效能、可程式化 TMS320C6416 數位訊號處理器進行研發，以取代目前數位電視接收機中使用的 MPEG-2 Decoder晶片，以達到
高畫質數位電視影像，及高傳輸率的品質。在本論文中，是依據TMS320C6416 數位訊號處理器硬體架構並搭配 DSP/BIOS即時多工作業系統，整合硬體與軟體設計方式，開發出一套符合H.264/AVC標準，即時視訊解碼播放系統，並與目前較為流行的 MPEG-4品質相較下，其影像訊號雜訊比（SNR）增加3~5db，壓縮比提升2~3倍，而目前本 H.264/AVC Baseline Profile即時視訊解碼播放系統最佳播放速率在 QP28的壓縮品質下，為每秒22~23張。

The purpose of this research is by using the next generation compression technology - H.264/AVC standard in stead of MPEG-2 standard, and the high performance TMS320C6416 Evaluation Module to develop high resolution digital TV video display engine, which is programmable and integrating DSP/BIOS real-time multi-thread operation system. By the results of experiments and comparing H.264/AVC with MPEG-4, the Signal-to-noise Ratio(SNR) and the compression performance are increased by 3~5db and 2~3 times. The display speed is 22~23 frames per second with QP28 Foreman sequence of H.264/AVC Baseline Profile.

中文摘要……………………………………………………………………i
英文摘要……………………………………………………………………ii
目錄…………………………………………………………………………iii
圖目錄………………………………………………………………………v
表目錄………………………………………………………………………vii
第一章 緒論………………………………………………………………1
1.1 研究背景與動機……………………………………………………1
1.2 數位視訊壓縮標準簡介……………………………………………5
1.3 新世代的數位視訊壓縮系統-H.264/AVC…………………………6
第二章 數位影像壓縮技術理論介紹……………………………………8
2.1 視訊壓縮理論依據…………………………………………………9
2.2 色彩的取樣與取樣格式..…………………………………………10
2.2.1 色彩的取樣……………………………………………………10
2.2.2 取樣格式………………………………………………………11
2.3 離散餘弦轉換 （Discrete Cosine Transform）………………12
2.4 量化 （Quantization)……………………………………………13
2.5 運動估測(Motion Estimation)和
運動補償 (Motion Compensation)………………………………13
2.6 熵編碼 （Entropy Coding)………………………………………15
第三章 H.264/AVC 數位視訊壓縮技術…………………………………16
3.1 H.264/AVC 編碼及解碼架構………………………………………18
3.1.1 H.264/AVC 編碼架構………………………………………18
3.1.2 H.264/AVC 解碼架構…………………………………………19
3.1.3 H.264/AVC 編碼及解碼特殊架構……………………………19
3.2 H.264/AVC 編碼及解碼技術………………………………………20
3.2.1 畫面切片編碼模式 （Slice coding mode）………………20
3.2.2 幅內預測編碼 （Intra Prediction）……………………23
3.2.3 幅間預測編碼（Inter Prediction）………………………31
3.2.4 整數形式區塊轉換和量化
（Block-size Integer Transform & Quantization）……37
3.2.5 熵亂度編碼（Entropy Coding）……………………………43
3.2.6 內嵌入式區塊效應消除濾波器
(In-Loop Deblocking Filtering)…………………………48
第四章 TI TMS320C6416DSP處理器為平台之影像壓縮處理系統設計…52
4.1 TMS320C6416的硬體架構……………………………………………52
4.1.1 TMS320C6416中央處理單元（CPU）…………………………53
4.1.2 記憶體模組（Memory Model）………………………………56
4.1.3 週邊應用介面 （Peripherals）……………………………56
4.2 即時系統之發展環境 —DSP/BIOS…………………………………58
4.2.1 即時多工緒程器（Multi-thread）…………………………59
4.2.2 系統輸出/輸入（System Input/Output）…………………62
4.2.3 即時系統分析 （Real-time System Analysis）…………62
4.3 實現 H.264/AVC 即時視訊解壓縮播放系統於NVDK………………63
4.3.1 NVDK 硬體架構………………………………………………63
4.3.2 H.264/AVC搭配NVDK開發模組設計即時解壓縮播放系統…66
4.3.2.1 程式設計發展流程………………………………………66
4.3.2.2 視訊播放緒程的設定……………………………………68
第五章 H.264/AVC即時視訊解碼播放系統實驗數據結果與性能分析…70
5.1 H.264/AVC 熵編碼影像品質比較…………………………………70
5.2 H.264/AVC 嵌入式區塊效應消除濾波器的影像品質比較………75
5.3 H.264/AVC 解碼器複雜度分析……………………………………79
5.4 以DSP為核心的H.264/AVC即時視訊解碼播放系統效能分析……81
第六章 結論與未來展望 …………………………………………………85
6.1 結論 …………………………………………………………………85
6.2 未來展望 ……………………………………………………………86
參考文獻……………………………………………………………………87

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【15】TMS320C6000 CPU and Instruction Set Reference Guide (TI Literature Number : SPRU189)
【16】TMS320C6000 Peripherals Reference Guide (TI Literature Number : SPRU189)
【17】Code Composer Studio Getting Started Guide (TI Literature Number : SPRU509)
【18】TMS320 DSP/BIOS User’s Guide (TI Literature Number:SPRU423)
【19】TMS320C6000 DSP/BIOS Application Programming Interface (API) Reference Guide (TI Literature Number:SPRU403)
【20】Setting Up Tms320c6201 Interrupts in C (TI Literature Number:SPHA001)
【21】DSP/BIOS by Degrees: Using DSP/BIOS Features in an Existing Application. (TI Literature Number : SPRA591)
【22】“數位訊號處理的新利器 TMS320C6x”，陳信宏、王逸如編著，全華出版社，2000