针对硬件实现的H.264视频编码算法改进

消费类电子论文针对硬件实现的H.264视频编码算法改进摘要:从硬件实现的角度分析了H.264算法,重点研究了占用最多运算时间的预测部分的优化,给出了对帧内预测、哈达马变换以及运动估计算法的改进,通过简化运算复杂、效率不高的模块以及减少模块间数据相关性等,对硬件进行优化。通过对各种测试序列的仿真,证明改进是有效的。关键词:H.264帧内预测运动估计运动预测因子H.264[1]最初是由ITU-T起草的,在未来将成为ITU-T和MPEG的联合标准。H.264因为提供了很高的编码压缩效率、友好的面向网络的接口,将成为下一代新的视频编码标准。但是编码效率很高的同时,其算法的复杂度也提高了四倍,这在很大程序上限制了它的实现。因此,必须针对硬件的实现做改进和优化。H.264的最初测试模型(JM)[2]是为了取得高的编码效果而设计的。在这个测试模型中,有很多的算法需要很大的运算量,但是编码效率的提高却不多,并且很多模拟之间是数据相关的,这一点限制了用并行处理加速硬件的实现。以前有文章分析过这种新的视频编码的复杂度[3~5]。但是这些研究都是通过软件的分析得到H.264算法的复杂度的。这些结果对在软件中的应用是精确的,但是当涉及硬件设计的并行处理时,就不再适用了。经过试验比较可以得出,在H.264硬件实现上的关键点是预测部分,因为此模块所占的计算时间几乎是总时间的90%。所以改进的重点在预测部分。1H.264算法图1是关于一帧图像的帧内预测间预测的算法框图。如果采用帧内预测,帧间预测部分将不进行判断。在进行帧间预测时,会使用多帧预测和可变块大小的运动估计。编码模式选择部分在所有的预测模式中选择一个最佳的预测模式。预测之后用原始的输入帧和预测帧相减,得到残差数据块。对于亮度残差块做4×4整数DCT变换,对