本文關(guān)鍵詞：H.264整數(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)快速算法的電路設(shè)計(jì)

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【摘要】：整數(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)(Integer Motion Estimation, IME) 是 H.264/AVC編碼標(biāo)準(zhǔn)的核心部分,其設(shè)計(jì)直接關(guān)系到幀間預(yù)測(cè)的編碼性能。但I(xiàn)ME運(yùn)算量大、搜索過程冗長,已成為實(shí)時(shí)編碼的瓶頸。傳統(tǒng)的硬件電路架構(gòu)實(shí)現(xiàn)中,很難采用合適的快速算法來減少計(jì)算量。因此,本文設(shè)計(jì)了一種亞采樣局部全搜索算法DLFS (Down-sample Local Full Search, DLFS),并在高性能的硬件電路中實(shí)現(xiàn)了該算法。本文基于H.264硬件IP的四級(jí)流水線架構(gòu),設(shè)計(jì)了IME的快速算法及其硬件實(shí)現(xiàn)方案。在IME全搜索算法和經(jīng)典快速搜索算法的基礎(chǔ)上,本文分為粗細(xì)兩步,在不同的搜索窗范圍內(nèi),進(jìn)行蛇形搜索。首先粗略搜索階段,在大的搜索窗范圍內(nèi),針對(duì)16×16模式進(jìn)行亞采樣搜索,比較并保留最佳的3個(gè)候選點(diǎn)；隨后進(jìn)行精細(xì)搜索,在3個(gè)候選點(diǎn)的基礎(chǔ)上展開新的搜索窗,對(duì)7種分割模式進(jìn)行全搜索。在硬件電路實(shí)現(xiàn)時(shí),為保證處理速度,本文采用了256個(gè)PE單元進(jìn)行并行處理,且粗細(xì)兩部搜索復(fù)用了同一塊計(jì)算單元。在硬件電路設(shè)計(jì)完成之后,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有IP,搭建了編碼器SoC級(jí)的仿真環(huán)境,完成了IME快速算法的功能驗(yàn)證和系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。本文針對(duì)5種不同分辨率的視頻序列進(jìn)行編碼測(cè)試,設(shè)計(jì)的IME電路模塊在圖像質(zhì)量損失不超過0.15dB的情況下,搜索單個(gè)宏塊需要的時(shí)間為467個(gè)周期。IME模塊可以在50MHz的工作頻率下,滿足720P 30fps的實(shí)時(shí)編碼需求。在SMIC180nm工藝下,綜合面積為9.78萬邏輯門。
【關(guān)鍵詞】：視頻編碼 H.264 整數(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì) VLSI設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN919.81
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 論文選題背景和研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)目標(biāo)12-13
• 1.3.1 研究內(nèi)容12
• 1.3.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)12-13
• 1.4 論文組織與結(jié)構(gòu)安排13-15
• 第二章 H.264視頻編碼及整數(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)原理15-29
• 2.1 整數(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法理論15-21
• 2.1.1 H.264編碼器框架和流程15-18
• 2.1.2 可變尺寸塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)18-19
• 2.1.3 最優(yōu)匹配準(zhǔn)則函數(shù)19-20
• 2.1.4 全搜索算法20-21
• 2.2 IME常用快速算法介紹21-28
• 2.2.1 新三步搜索法21-23
• 2.2.2 四步搜索法23-24
• 2.2.3 鉆石搜索法24-25
• 2.2.4 混合算法：邊緣信息模式預(yù)測(cè)+六邊形搜索算法25-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 第三章 IME快速算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證29-49
• 3.1 亞采樣-局部全搜索算法理論29-33
• 3.1.1 DLFS算法過程詳解29-32
• 3.1.2 DLFS算法理論效果評(píng)估32-33
• 3.2 DLFS快速算法的C模型實(shí)現(xiàn)33-38
• 3.2.1 宏塊級(jí)編碼函數(shù)33-35
• 3.2.2 IME相關(guān)函數(shù)的修改35-38
• 3.3 DLS快速算法的驗(yàn)證38-48
• 3.3.1 算法驗(yàn)證方法和指標(biāo)39-41
• 3.3.2 算法驗(yàn)證及結(jié)果分析41-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 IME模塊的硬件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證49-73
• 4.1 IME模塊整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)49-52
• 4.1.1 時(shí)序控制單元模塊50
• 4.1.2 粗略搜索部分相關(guān)模塊50-51
• 4.1.3 精細(xì)搜索部分相關(guān)模塊51-52
• 4.2 總體控制及時(shí)序設(shè)計(jì)52-57
• 4.2.1 有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)52-56
• 4.2.2 總體時(shí)序的設(shè)計(jì)56-57
• 4.3 基本運(yùn)算單元的設(shè)計(jì)57-61
• 4.3.1 SAD計(jì)算單元的設(shè)計(jì)57-58
• 4.3.2 MV產(chǎn)生單元和MV_COST計(jì)算單元設(shè)計(jì)58-60
• 4.3.3 比較決策單元設(shè)計(jì)60-61
• 4.4 IME模塊的驗(yàn)證61-67
• 4.4.1 驗(yàn)證方法介紹61-62
• 4.4.2 H.264 IP和系統(tǒng)平臺(tái)62-64
• 4.4.3 仿真環(huán)境搭建64-66
• 4.4.4 仿真結(jié)果分析66-67
• 4.5 性能、面積對(duì)比分析67-72
• 4.5.1 性能測(cè)試分析67-68
• 4.5.2 綜合面積分析68-69
• 4.5.3 設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)比分析69-72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第五章 總結(jié)與展望73-75
• 5.1 總結(jié)73
• 5.2 展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文81

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2 楊軍,王群生;一種新的快速塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索算法[J];電視技術(shù);2004年04期

3 宋傳鳴,王相海;小波域視頻運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2005年10期

4 宋傳鳴;王相海;;一種新的小波域視頻可分級(jí)運(yùn)動(dòng)估計(jì)方案[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2006年12期

5 禹晶;蘇開娜;;塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)的研究進(jìn)展[J];中國圖象圖形學(xué)報(bào);2007年12期

6 金濤;付宇卓;何衛(wèi)鋒;;一種可變塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];微型電腦應(yīng)用;2008年02期

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8 王洪源;陳慕羿;;一種低功耗容錯(cuò)運(yùn)動(dòng)估計(jì)硬件結(jié)構(gòu)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2009年22期

9 謝式絢,楊文瑜;介紹動(dòng)態(tài)圖象中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的兩種方法[J];計(jì)算機(jī)工程;1987年01期

10 段成罡，顧鐘秀，鄭志航;用基因算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);1996年12期

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1 周露平;陳宗海;王海波;;運(yùn)動(dòng)估計(jì)中的不確定性分析[A];2007系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

2 孫明利;吳一全;;基于改進(jìn)的粒子群算法的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法[A];2008通信理論與技術(shù)新發(fā)展——第十三屆全國青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下）[C];2008年

3 鄒曉春;馮燕;趙歆波;;一種快速的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)新算法[A];中國航空學(xué)會(huì)信號(hào)與信息處理專業(yè)全國第八屆學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

4 郭翌;汪源源;侯濤;;基于運(yùn)動(dòng)估計(jì)和非局部平均的超聲心動(dòng)圖濾波[A];中國儀器儀表學(xué)會(huì)第十二屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

5 歐陽國勝;羅永倫;;一種用于視頻編碼運(yùn)動(dòng)估計(jì)的新算法[A];2006中國西部青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

6 鄒曉春;趙歆波;馮燕;;圖像序列分析綜述[A];信號(hào)與信息處理技術(shù)第三屆信號(hào)與信息處理全國聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

7 魏津瑜;孫靜靜;李欣;代中華;;基于運(yùn)動(dòng)估計(jì)的動(dòng)態(tài)夜視圖像的上色算法[A];2011年中國智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第一分冊(cè)）[C];2011年

8 高韜;于明;;基于冗余小波變換的運(yùn)動(dòng)估計(jì)及DSP實(shí)現(xiàn)[A];第十三屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

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10 魯小兵;肖創(chuàng)柏;;H.264運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索窗口的動(dòng)態(tài)調(diào)整算法[A];圖像圖形技術(shù)研究與應(yīng)用2009——第四屆圖像圖形技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

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1 田力;準(zhǔn)確“鎖定”交通肇事車輛[N];人民公安報(bào);2010年

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1 陳運(yùn)必;高性能運(yùn)動(dòng)估計(jì)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 紀(jì)中偉;先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法在數(shù)字視頻處理中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2002年

3 王鎮(zhèn)道;視頻壓縮的運(yùn)動(dòng)估計(jì)與小波方法研究[D];湖南大學(xué);2008年

4 魏偉;視頻壓縮編碼的運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償技術(shù)[D];天津大學(xué);2008年

5 許曉中;視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)研究[D];清華大學(xué);2009年

6 于雪松;基于單目無標(biāo)記點(diǎn)的人體3D運(yùn)動(dòng)估計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

7 劉新春;面向MPEG-4的視頻分割算法研究[D];中國科學(xué)院電子學(xué)研究所;2000年

8 朱向軍;視頻運(yùn)動(dòng)對(duì)象分割與先進(jìn)運(yùn)動(dòng)估計(jì)/運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法之研究[D];浙江大學(xué);2006年

9 向東;基于H.264框架的運(yùn)動(dòng)估計(jì)和變換研究[D];華中科技大學(xué);2006年

10 鄭兆青;用于H.264視頻編碼的運(yùn)動(dòng)估計(jì)VLSI結(jié)構(gòu)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

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1 郭偉;引入昆蟲視覺機(jī)制的粒子濾波目標(biāo)跟蹤方法[D];北京理工大學(xué);2015年

2 程金榜;雷達(dá)視頻傳輸關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];大連海事大學(xué);2015年

3 李顯;基于形狀模型和離散優(yōu)化的超聲圖像運(yùn)動(dòng)估計(jì)[D];東北大學(xué);2014年

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8 李紅;基于H.264的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法研究[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

9 徐情生;H.264整數(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)快速算法的電路設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2015年

10 鄭吉君;高性能低功耗的運(yùn)動(dòng)估計(jì)陣列設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2011年

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