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本科毕业设计(论文)
题 目 MPEG-4视频编程技术研究
部 系 地方生部
专 业 电子信息工程
中国人民解放军海军航空工程学院
摘 要
视频编码是多媒体通信中的核心技术,它不但关系到通信带宽,也关系到通信过程中的图像质量。随着多媒体技术在网络的广泛应用,视频编码技术更加显得重要。与之相适应,各种多媒体数据压缩编码标准也在不断地发展和完善.
MPEG.4是现在最重要最有影响的多媒体数据编码国际标准之一。基于对象的编码思想使其具有高压缩比、可扩展性、可交互性等许多特点。ADI公司的Blacfin系列的DSP在图像处理方面有其出色的表现和较低的价格而获得关注。本文基于ADSP.BF561 DSP的特点,探讨了MPEG.4在BF561上的视频数据的实时编码的实现。
本论文首先系统介绍了MPEG.4编码的特点以及选用BF561的原因,接着分析了MPEG.4的主要技术,并介绍了MPEG.4简单编码框架编码器的软件实现方案,给出了方案流程图,在VC++环境下用C语言实现了MPEG.4简单框架的视频压缩功能。其次,研究了核心算法DCT变换和运动估计的优化算法,通过分析运动向量的分布相关性,结合提前中止准则,提出了基于起点预测的改进菱形运动估计算法。另外根据BF561双核的特点,设计了一种基于宏块层并
行算法。最后,本文从硬件平台特征出发,在存储器设置、DMA控制和代码等方面对编码方案进行优化。经本方案优化后,编码器的编码效果得到很大的提高,能够在BF561处理器上实现CIF格式30帧/秒的码率,达到预期的目标。
第一章绪论
1.1课题提出
21世纪的人类社会将是信息化社会,数字化后的信息,尤其是数字化后的视频信息具有海量数据性,它给信息的存储和传输造成很大的困难,己成为人类有效地获取和使用信息的瓶颈问题之一。1895年电影的诞生第一次将视频信号带给了人类社会,随着电视的发明和普及,视频信号走进了千家万户。数字技术的广泛应用,对视频信号的存储和传输带来了一次革命,但是从模拟转换到数字的原始视频信号的数据量是惊人的,单纯地靠提高存储容量或信道传输速率的做法是不切实际的,以传输未经处理的标准清晰度电视(SDTV,Standard DefinitionTelevision)的图像格式为例,704像素(水平)*480像素(垂直),帧频60HZ/隔行扫描,其每秒的数据量是:704*480*30*1.5(4:2:0)ytes。更不用说,现在流行的高清电视(HDTV,Hign Definition Television),其数据量是标清的5倍多,这显然远远超出了目前Intemet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,研究有效的视频压缩编码方法具有很重要的现实意义。
视频压缩编码技术是多媒体应用的核心技术,对视频编码的研究已成为信息技术领域的研究重点,并制定了一系列的视频标准。其中MPEG-4利用很窄的带宽【l】,使用帧重建技术,压缩数据,以最少的代价获得最佳的图像质量。因此,其广泛应用于实时、高效、适合网络传输等特点的领域,如数字监控、可视电话和手机视频等。
本课题设计了实时MPEG.4视频编码系统,能够实现CIF格式(352*288)数据每秒30帧的处理能力,结合该系统功耗低、体积小、性价比突出的特点,在进一步改进的基础上,具有广阔的工程应用前景。
1.2数字视频编码发展历程
1-2.1编码方法的发展
第一代编码方法。1948年Oliver提出了第一个编码理论~脉冲编码调制(PCM,Pulse Coding Modulation)。同年Shannon的经典论文《通信的数学原理》中首次提出并建立了信息率失真函数概念;1959年Shannon进一步确立了码率失真理谢21。以上工作奠定了经典信息编码的理论基础,在此基础上视频编码理论和技术取得了长足的发展,其主要的编码方法有:预测编码、变换编码和统计编码,也称为三大经典编码方法。其中预测编码的基本思想是:根据数据的统计特性得到预测值,然后传输图像像素与其预测值的残值信号,使传输的码率降低,达到压缩的目的。变换编码的基本思想是:由于数字图像像素间存在高度相关性,因此可以进行某种变换来消除这种相关性。变换编码不直接对空域图像像素编码,而是先将它变换到频域,得到一组变换系数。虽然变换并不对数据进行压缩,但经过变换后,能量相对集中,通过后续的量化、编码就能达到压缩的目的。变换编码方法中的离散余弦变换(DCT,Discrete CosineTransform)和小波变换在视频/图像压缩中得到了广泛应用。统计编码的基本思想是:根据信息码字出现概率的分布特征而进行压缩编码,寻找概率与码字长度间的最优匹
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