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随着多媒体技术和网络技术的发展,数字化多媒体信息的存储和传输成为一个研究热点,数字化的多媒体信息尤其是视频信息具有海量数据性,必须对视频数据进行压缩方能有效地存储和传输。以传输未经处理的高清晰度电视的视频数据为例,每秒的信息量可高达1G比特,这显然远远超出了目前Internet通信信道的能力,而且直接把未经处理的视频数据发送到通信信道上,也是对通信带宽的极大浪费。因此,研究和开发新型、有效的视频压缩编码方法具有很重要的现实意义。 在目前的图像压缩系统中,由于采用的视频压缩算法比较复杂,运算量很大,用软件方法实现一般都难以满足实时性要求,因此,该类系统多采用硬件实现。在硬件实现方法中,专用视频处理芯片尽管视频处理能力比较强,但是其灵活性差的缺点,大大限制了其应用的范围,而通用高性能数字信号处理芯片(DSP),由于其软件设计灵活度大、环境适应能力强,得到广泛使用。其中TI公司高端的C6000系列,更以其处理能力强、对外接口灵活、开发工具齐全等特性,被大多数嵌入式图像实时压缩系统所采用。 由于本文视频编码器应用环境比较特殊,要求视频编码器在功能上必须满足多种位率(2048Kbps和256Kbps),多种图像分辨率(720×576和352×288),并且能够按不同方式处理彩色图像和灰度图象,压缩的帧率可调,同时还要具备一定的信源容错能力。要实现这样一个满足多种需求的视频编码器,目前现有的专用视频压缩芯片是无法满足需求的,所以,只有选择通用的高性能数字信号处理(DSP)芯片。由于在视频处理能力上,通用DSP芯片和专用视频处理芯片还存在一定的差距,因此,要达到专用视频处理芯片实现的性能,就必须针对DSP芯片的硬件特点,对视频编码结构和软件压缩算法进行优化改进,以弥补DSP芯片在处理能力方面的不足。此外,由于本文应用的环境是比较恶劣的,传统的可变长码字(VLC)的容错能力很差,一旦出现错误,预测编码的机制将会导致错误在连续多帧间蔓延,极大的影响解码图像的主观质量,因此,在视频编码器中进行简单、有效的信源容错也是十分必要的。 基于以上几点考虑,本文在如下三方面做了相关工作: 在视频编码结构上,传统的视频编码方案都是以帧为编码单位,该结构尽管处理简单,但是影响编码器在DSP上的运行效率。因为DSP内部的存储空间比较有限,不能够容纳整帧的图像数据,所以大量的图像数据就必须存储在外部存储器上,而在速度上,DSP与外存的差别又很大,于是导致DSP大部分时间堵塞在对外存的访问上,运行效率很差。为此,本文提出一种基于GOMB的视频编码方案,把整帧划分成多个宏块组GOMB(Group of Marcoblock),以GOMB为编码单位,这样就可以把每一GOMB的 郑州大学硕士研究生毕业论文图像数据完全放在DSP芯片内部进行处理,既减少了与外部存储器的大量交互,又充分利用了片内的高速存储资源。此外,GOMB数据从外存到内存的数据搬运还可以借助DMA在后台操作,实验结果表明该方案大大提高了DSP的编码效率。 在视频压缩算法上,由于仅编码器中的量化部分就占用总编码时间的47%,可见,研究适合DSP硬件特点的量化算法对提高整个编码器效率至关至要。标准量化算法在DSP上实现时存在如下问题:一.由于DSP内部没有提供硬件除法部件,导致以传统除法操作为基础的量化方法效率很差;二.量化器结构复杂,不但没有明显改善图像编码质量,而且还影响DSP性能。针对以上问题,本文提出一种适合DSP硬件特点的量化方案,通过构造合适的量化矩阵,用移位来代替除法,实现了一步量化;同时,对不同的视频编码块类型,采用不同的量化策略,避免了统一量化引起的图像质量下降。实验结果表明:该方案不仅大大提高了编码器的量化效率,而且明显改善了编码图像的主、客观质量,性能优于MPEG标准量化算法。 在信源容错上,本文深入研究了具有错误恢复能力的可逆变长编码(RV卜C)技术,并对常用的RVLC码字构造方法进行了详细的分祈,通过分析这些方法的优缺点,结合特定的应用,提出一种基于RLP(Run Level Pair)分布特性的RVLC码表生成方法,它包括三部分:特征图像eP统计分布特性的分析、基于UVLC的RVLC码字的构造和基于RLP统计特性的RVLC码字分配。利用该方法能够根据特征图像的RLP统计分布,生成一个易解码、效率高、容错能力强的RVLC码表。实验结果表明:该码表不但能够降低解码端存储资源占用度,而且能够明显改善高误码率环境下的解码图像质量。