H.264编解码器的软件仿真与优化

H.264编解码器的软件仿真与优化

20世纪90年代以来,JPEG、H.263、MPEG-1、MPEG-2等图像多媒体国际标准相继出台,它们成功地应用于多种实用场合。但是,随着时代的发展、Internet的普及,以及对视频传输需求不断提高,现有的这些视频压缩标准明显存在着一些缺陷和局限性。

H.264是目前由ITU-T的视频编码专家组(VCEG)及ISO/IEC的移动图像专家组(MPEG)大力发展研究的适应于低码率传输的新一代视频压缩标准。作为视频编解码领域的最新标准,H.264具有压缩率高、差错恢复能力强、适用范围广等优点。

为达到理想的数据压缩率,H.264编码器采用了很多新的编码算法,这些算法极大地增加了编码器的计算复杂性,使其目前在PC环境下的实时应用受到很多限制。要实现H.264的实时编解码,必须对其进行大量的优化工作,但这种优化工作不应该以较大的性能牺牲为代价。

本文概述了国际上的视频压缩标准以及H.264标准的编解码结构流程和新特点,详细介绍了H.264中帧内预测、帧间预测、变换量化和编码等模块的原理及特点,在VC环境下实现了H.264的编解码过程。在此基础上重点分析了运动估计在不同阶段下最优模式之间的相关性,并在H.264基本规范(Baseline Profile)的框架基础上提出了片类型选择和快速帧间块模式选择的改进方法,改进后使编码速度有了10～20%的提高。

为了进一步提高编解码速度以达到实时编解码,又引入了Intel的MMX、SSE、SSE2以及SSE3等基于SIMD(单指令多数据)技术的多媒体指令集,并利用这些指令集对H.264编码器中的运算密集模块如SAD计算、变换量化和像素内插等部分进行了深一步的指令优化,在保证视频图像的质量的前提下大幅度的提高了编码器的速度,比未优化编码速度提高

了5～7倍,对QCIF序列基本达到实时编解码。