H.264编码器的SSE-2优化实现

目前,ITU-T和ISO正在联合制定新一代的视频编码标准H.264(或称MPEG-4 Part10).H.264采用了多种复杂的编码技术,包括1/4像素精度的运动估计,8种块划分模式以及帧内预测等,在提升编码效率的同时,也使运算复杂度大大增加.本文中使用Tntel的SSE-2技术对H.264的运算密集部分包括运动估计、1/4插值、量化和正反整数变换等进行了优化.优化后,编码器在P4-1.7G,256M内存的主机上的编码速度可达25帧/s(QCIF图象).     

基于单指令多数据技术的H.264编码优化

简要介绍了单指令多数据（Single-Istruction Multiple-Data，SIMD）指令系统，并用该技术对H.264中的整数离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）、量化、插值和运动估计等模块进行了优化，实验结果表明优化后程序的编码速率可达到30fps左右，比未优化时速度提高了6～8倍。     

基于CUDA的并行全搜索运动估计算法

为了提高H.264视频编码效率,基于计算统一设备架构(CUDA)的并行全搜索运动估计算法,并利用GPU强大的计算能力和CUDA优化的存储层次结构,以加速H.264编码中的运动估计.与传统的以牺牲视频质量来提升运动估计性能的方法不同,该算法在保证视频质量的同时,结合运动估计计算密集、计算量大等特点,充分利用CUDA架构的并行性加快运动估计的速度,从而达到提高实时编码速度的目的.在GTX280实验平台上的实验结果显示,采用文中算法比优化的CPU实现可获得高达70倍的加速比.     

H.264/AVC High Profile视频编码中自适应变换模块的设计

提出了一种可配置的整数变换运算单元并将其用于H.264/AVC HiProfile视频编码器的自适应变换模块中。通过变换类型信号的配置,该变换单元可以完成相应的变换操作。本设计采用Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA进行实现和验证,布局布线后的最大工作频率为63 MHz,采用4个可配置变换单元的变换模块,可以满足HD1080P@50帧/s视频的实时编码要求。     

H.264/AVC视频编码变换量化核的硬件设计

基于H.264/AVC视频编码标准,完成了编码模块中的4×4整数变换量化核的分析和硬件实现的优化设计。通过三种优化设计处理后,在硬件开销改变不大的情况下,使4×4整数变换量化核的最高工作频率相比优化前的30.7MHz提高了82%,达到55.8MHz,为H.264/AVC视频编码标准的硬件实现提供了参考。     

基于MMX技术的H.264解码器优化

新一代视频编码标准H.264为了提高编码效率采用了一系列新技术，而这些新技术的使用也极大地增加了算法的复杂度。因此，在保持编码效率的同时如何提高编解码器的运算速度成为目前研究的热点问题之一。介绍了符合H.264基本规范的解码器的基本框架和解码流程；通过复杂度分析确定了解码过程中计算最为密集的两个模块，即插值、整数余弦变换和重建模块；提出了基于MMX技术的优化方法，并对这两个模块进行了重点优化。实验结果表明，利用这些优化方法可以使解码器的平均解码速度提高到原来的1．4-2．1倍，优化效果十分显著。     

一种4×4整数变换的设计实现

在H.264编码算法中,引入了一种基于4×4像素块的整数变换。文章给出了一种4x4整数变换的快速VLSI实现方式。通过引入分步式算法(DA),实现了基于LUT的快速4×4整数变换。该算法采用流水操作,提高了视频编解码整体系统的处理能力。仿真结果显示设计满足功能和时序要求,并且大幅提高了处理速度。     

基于TMS320DM642平台的H.264编码器优化

H.264实时编码器的研究和实现是目前视频通信研究领域的一个热点问题,本文介绍了基于TMS320DM642平台的H.264编码器的优化,重点介绍了基于DM642的整数DCT变换、量化和匹配误差函数的汇编级优化,最后介绍了H.264编码器的EDMA及Cache级优化.实验结果表明本编码器基本能实现CIF实时编码.     

H.264中变换和量化的SIMD优化

H.264是一个新的基于运动补偿+变换+量化+熵编码框架的视频编码国际标准。H.264中采用了大量的新技术,这些技术在提高编码效率的同时,也极大地增加了算法的复杂度。为此H.264在保证性能的前提下也做了一些优化,如变换和量化可以在16比特精度下完成,并且除了量化中需要少许乘法外,其余可以只用加法和移位实现。这些特点使得H.264中的变换和量化可以很好地使用支持单指令多数据(SIMD)的MMX技术进行进一步优化。该文首先介绍了H.264中变换和量化的实现过程和特点,接下来重点讨论了利用MMX指令对变换和量化中的关键部分进行优化的方法,最后给出了计算机仿真的结果,并对结果进行了分析。仿真结果表明:该文提出的方法可以使H.264的变换和量化模块的运算速度提高到原来的3.5～5.2倍,优化效果十分显著。     

H.264中整数变换与量化的FPGA实现

H.264以其优异的压缩比率和高图像质量在实时网络视频通信、数字广播电视及高清视频存储播放等方面获得广泛应用。变换量化作为H.264编码框架中的一个基础模块,是熵编码前的一个重要处理过程,它的主要作用是使输入系数间数据相关性降低。鉴于之前大部分的变换量化是基于软件或协处理器来实现以及此种实现方式在速度及吞吐量上的局限,而硬件实现在速度和吞吐量上则具有很大的优势, 因此研究H.264变换量化的硬件实现具有实用价值。采用高速并行处理的架构,基于寄存器传输级（RTL）用硬件描述语言完成了H.264中的整数离散余弦变换（IDCT）及量化算法的实现,并用Altera公司的Cyclone Ⅱ系列可编程逻辑器件实现了硬件验证测试。设计方案消耗了10489个逻辑单元,最高工作时钟频率为184.88MHz,数据处理能力达到2958Mpixels/s,可在一个时钟周期之内完成对一个4×4矩阵数据的变换量化处理,可满足高速高吞吐量数据流处理的要求。     

基于整数变换的全零块判决方法

H．263中的运动搜索和变换域编码是运算量很大的部分，也是影响系统实时性能的瓶颈，为了减少图像编码的运算量，在采用整数变换代替浮点DCT变换的基础上，提出了一种全局判决方法，即在运动搜索中和变换前进行全零块判决。该方法是根据整数变换和量化结果为零的特点，在运动搜索中，对差值块先进行全零块判决，如果找到全零块，就停止搜索，以省却以后的搜索运算和全零块的整数变换以及相应的量化运算，由于其可在基本保持H．263原有编码算法图像质量的同时，减少运算量和缩短码流，从而大幅度提高了编码器的编码效率。     

自适应的H.264快速运动估计算法

H.264/AVC是ITU-T和ISO/IEC联合制定的最新视频压缩标准。运动估计作为H.264算法中计算最复杂的部分,在很大程度上影响着整个算法的性能。为提高运动估计算法的搜索效率,提出了一种自适应的快速运动估计算法。实验结果表明,该算法可大幅提升编码速度,而PSNR仅略有下降,为工程实现提供了一种可行的选择。     

H.264软件编码器的优化

为降低编码复杂度以满足实时应用的需求,以联合专家组（JVT）发布的H．264参考模型JM9．4为基础,分析H．264软件编码器的结构,指出影响编码速度的瓶颈所在,给出具体的优化方案,并结合MMX／SSE技术,对H．264软件编码器进行全面优化,其编码速度完全可以满足实时性应用的要求,而图像的重建质量基本不变。     

基于方向性多模板的快速运动估计算法

针对现有H.264/AVC编码器的运动估计耗时问题,提出基于方向性多模板的快速运动估计算法。该算法采用绝对误差和比较法选择搜索起始点,结合运动矢量在水平(垂直)方向的相对运动剧烈程度,选择相应的非对称水平(垂直)十字形和六边形搜索模板,得到最佳匹配点,输出最优运动矢量。实验结果表明,在信噪比和码率基本不变的情况下,该算法编码速度比UMHexagonS算法提高了1.47倍,能满足视频编码的实时性要求。     

Low Complexity Integer Transform and Adaptive Quantization Optimization

In this paper, a new low complexity integer transform is proposed, which has been adopted by AVS1-P7. The proposed transform can enable AVS1-P7 to share the same quantization/dequantization table with AVS1-P2. As the bases of the proposed transform coefficients are very close, the transform normalization can be implemented only on the encoder side and the dequantization table size can be reduced compared with the transform used in H.264/MPEG-4 AVC. Along with the feature of the proposed transform, adaptive dead-zone quantization optimization for the proposed transform is studied. Experimental results show that the proposed integer transform has similar coding performance compared with the transform used in H.264/MPEG-4 AVC, and would gain near 0.1dB with the adaptive dead-zone quantization optimization.     

一种利用预测运动矢量改进的H.264快速运动估计算法

针对H.264标准推荐使用的快速运动估计算法——非对称十字型多层次六边形格点搜索（Unsymmetrical cross multi-hexagon grid search, UMHexagonS）算法搜索速度慢的问题,提出了一种改进算法。在起始搜索点的预测环节,建立预测矢量集,并根据预测矢量集的长度信息决定后续的搜索策略;在全局搜索环节,利用预测运动矢量之间的相关性适当跳过某些搜索步骤,并更换一些搜索模板;并且,根据整数变换和量化的特性检测全零系数块,提前终止运动估计过程。实验结果表明,在量化步长为28时,本文算法比UMHexagonS算法平均减少了34.80%的运动估计时间,同时编码性能基本不变。该算法在不同量化步长的条件下能够适应不同运动强度的视频序列,是一种适合H.264的速度快且性能好的快速运动估计算法。     

EPZS运动估计算法的分析及改进

在分析研究H.264视频编码标准推荐的运动估计核心算法EPZS的基础上,针对该算法运动估计实时性不足的缺点,提出一种对EPZS算法进行起始搜索窗口中心点和计算终止条件判断标准的改进方法,在H.264编码器的参考模型JM10.1中,选择5个测试序列进行实验。实验结果表明,改进后的算法与原算法相比,在重建图像质量和码率接近的情况下,运动估计时间平均节省了29.314%,降低了算法的复杂度,提高了编码的实时性。     

H.264帧内4×4块预测模式选择快速算法研究

在H．264视频编码过程中，编码时间受诸多因素的影响，如帧间／帧内模式选择、运动估计（ME）、率失真优化（RDO）等。为了以较快速度和较好质量进行编码，针对H．264帧内模式选择，提出了一种适用于H．264帧内4×4块预测的模式选择快速算法。该算法利用帧内4×4块最优预测模式与和它相邻的预测模式之间率失真代价（RDCost）的高相关性，以及绝对变换误差和（SATD）与率失真（RD）性能之间的强相关性，有效地跳过一些不太可能的预测模式，从而使帧内4×4块模式选择过程只需进行4次率失真代价计算即可。实验结果显示，该算法在编码性能和编码速度之间取得了很好的折衷。     

HDS, a real-time multi-DSP motion estimator for MPEG-4 H.264 AVC high definition video encoding

H.264 AVC video compression standard achieves high compression rates at the cost of a high encoder complexity. The encoder performances are greatly linked to the motion estimation operation which requires high computation power and memory bandwidth. High definition context magnifies the difficulty of a real-time implementation. EPZS and HME are two well-known motion estimation algorithms. Both EPZS and HME are implemented in a DSP and their performances are compared in terms of both quality and complexity. Based on these results, a new algorithm called HDS for Hierarchical Diamond Search is proposed. HDS motion estimation is integrated in a AVC encoder to extract timings and resulting video qualities reached. A real-time DSP implementation of H.264 quarter-pixel accuracy motion estimation is proposed for SD and HD video format. Furthermore HDS characteristics make this algorithm well suited for H.264 SVC real-time encoding applications.