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30000字硕士毕业论文基于PC机和数字信号处理器的MPEG_4编解码器的描述与实现

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:30000字
论点:冗余,图像,视频
论文概述:

引言现代社会对多媒体信息业务的要求不断增长,多媒体通信和通信网容量的矛盾日益突出:一方面是人们日益增长的多媒体信息需求,另一方面,则是多媒体处理系统有限的处理能力和通信带

论文正文:

  第一章绪论        引言现代社会对多媒体信息业务的要求不断增长,多媒体通信和通信网容量的矛盾日益突出:一方面是人们日益增长的多媒体信息需求,另一方面,则是多媒体处理系统有限的处理能力和通信带宽的限制。融合了声音、图像、文字和视频等元素的多媒体信息不但数据量非常巨大,难以传输和存储,而且极大地制约了多媒体通信业务的发展,成为发展整个多媒体产业链的瓶颈。为了解决多媒体信息庞大的数据量问题,必须研究高效的数据压缩方法,因此,以压缩的形式存储和传输多媒体信息成为当今研究的热点。实验表明,人类获取的信息中70%来自于视觉,视频信息在人类生产生活中占有重要地位。作为多媒体技术核心的视频数据压缩编码近年来在技术及应用方面都取得了长足进展,它的进步和完善正深刻影响着现代社会的方方面面〔‘丁。自香农发表《通讯的数学原理》奠定了信息基本理论的基础以来,以传统理论为基础的信源编码方法飞速发展,出现了像素编码、预测编码和变换编码等压缩方法。       上个世纪80年代后,随着可视电话、视频会议和数字广播通信等的发展,一系列的视频压缩标准相继产生。到目前为止,国际上的视频压缩标准共有两大系列:国际标准化组织和国际电工委员会第一联合技术组(ISO/工ECJTC1)制定的MPEG系列标准;工TU针对多媒体通信制定的H.26、系列视频编码标准〔2]aMPEG系列标准和H.26x系列标准的目标都是实现在尽可能低的码率情况下获得尽可能高的图像质量。但目前研究的热点是基于动态图像的MPEG-4(Part2)及H.264(也称作MPEG-4AVC或MPEG-4Part10)。在我国,习惯将MPEG-4(Part2)成为MPEG-4,将MPEG-4AVC或MPEG-4Part10称为H.264。由于MPEG-4的代码复杂度比H.264低,而且具有良好的压缩效率、可调节的码率和适中的复杂度,适合于视频的压缩存储和传输,也便于进行嵌入式应用,加上初次接触视频编解码技术,所以本文着眼于研究并设计MPEG-4视频编解码器,并分别在PC机和DSP上实现其编解码功能。       2视频压缩的原理对视频进行压缩,就是去除视频信息中的相关性,也可以说是去除视频信息中的冗余〔3〕〔们。视频中的冗余主要包括以下五个部分:1)空间冗余〔5〕也可称为像素冗余。在一幅静态图像中,任何给定位置的像素值,均与相邻像素相关,都可以通过它的邻居预测到,表明它们之间存在相关性或冗余。特别是在灰度或颜色都相同的邻近像素组成的局部区域中,表现地尤为突出。对于一幅图像,大量单个像素对视觉的贡献是冗余的,单个像素携带的信息相对较少,当然这是建立在对相关像素预测的基础上〔创。例如:原图像数据为189,186,192,204,202压缩后数据为189,-3,6,12,-22)时间冗余〔0时间冗余是视频或运动图像序列中经常出现的冗余。视频是由多幅按时间序列构成的连续图像,每一幅图像称为一帧〔7〕。大多数情况下,一帧图像的前帧和后帧图像几乎一致,仅有图像中的运动物体有些很小的细微变化。       这一说明,构成视频的各个图像之间存在着较大的相关性:相邻帧的背景和运动物体基本相同,而运动物体所在的空间位置不同,这种相关性就是时间冗余。3)编码冗余〔8〕又称为信息嫡冗余。根据信息论,表示图像数据的像素值,按照其信息嫡的大小分配相应的比特数。而对于任何的实际视频,很难计算信息嫡,因而一般采用相同的比特数来表示各个像素值,这样必然导致实际平均码长与信息嫡之间的差距,即造成编码冗余。4)视觉冗余〔97人类的视觉系统对图像的敏感性是非均匀和非线性的,即对构成图像的不同频率成分、物体的不同运动程度等具有不同的敏感度。例如,人眼对低频信号的敏感程度大于对高频信号的敏感程度,可用较少的bit数来表示高频信号 参考文献[1」刘达.MPEG-4视频编码核心思想及技术研究.有线电视技术,2004年04期.[2」雷国平,周混,吉吟东.MPEG标准发展和研究综述.计算机工程,2003年第7期.蔡安妮,孙景鳌.多媒体通信技术基础[M].电子工业出版社,2000 (1) .[4」王汝言.多媒体通信技术[M].西安电子科技大学出版社,2004年2月. S .J .Wee and J .G .Apostolopoulos, Efficient Processing of CompressedVideo, Conference Record of the thirty-second Asilomar Conference onSignals,  Systems&Computers,  1998 (1):853-857.[6」刘定生.数字图像处理与分析.中国科学院研究生院课件,2007年.刘峰.视频图像编码技术及国际标准「M].北京邮电大学出版社,2005年7月.樊昌信,詹道庸等.通信原理.国防工业出版社,1995.[9] A .M .Te kalp. Digital Video Processing, Englewood Cliffs:PrinticeHall,  1995.[10]明郭斌.MPEG-2压缩编码技术原理应用.电视制播数字化网络化,2004.[11」工TU-T Recommendation H. 261.V土deo Codec for Audio-visual Services at64kbit/s,  in Proc. COM 15R 16-E,  1993.[12] ISO-IEC CD 11172. Coding of Moving Pictures and Associated Audio forDigital Storage Media at up to 1.5 Mbits/sec-Part 2:Coding of MovingPictures Information,[131 ISO-IEC 13318-2.Dec. 1991.Information Technology-Generic Coding of MovingPictures and Associated Audio Part2:Video,  1995. 摘要 3-4 ABSTRACT 4-5 第一章 绪论 9-16     1.1 引言 9-10     1.2 视频压缩的原理 10-11     1.3 视频压缩标准的介绍 11-14     1.4 论文的主要工作 14-15     1.5 本章小结 15-16 第二章 基于PC机的MPEG-4编解码器的设计与实现 16-45     2.1 MPEG-4标准的特性 16-21         2.1.1 MPEG-4的档次和等级 16-18         2.1.2 MPEG-4的码流结构 18-20         2.1.3 编码器的结构组成和工作原理 20-21         2.1.4 MPEG-4参考函数的选择 21     2.2 编码算法详解 21-38         2.2.1 输入图像的格式转换 21-24         2.2.2 输出的位流头部信息 24-25         2.2.3 离散余弦变换 25-27         2.2.4 量化 27-28         2.2.5 DC和AC预测 28-30         2.2.6 之字型扫描 30-32         2.2.7 游程编码和熵编码 32-33         2.2.8 运动估计与补偿 33-38         2.2.9 码率控制 38     2.3 MPEG-4编码器的实现 38-41     2.4 MPEG-4解码器的实现 41     2.5 编码参数的测试 41-44     2.6 本章小结 44-45 第三章 编解码器的DSP平台设计 45-57     3.1 DSP硬件系统的设计 45     3.2 DSP芯片的选择 45-46     3.3 DM642特性 46-52         3.3.1 DM642的CPU内核 47-48         3.3.2 DM642的存储体系 48-50         3.3.3 EDMA传输机制 50-51         3.3.4 DM642的视频端口 51-52         3.3.5 DM642的其它接口 52     3.4 硬件平台的搭建 52-53     3.5 ICETEK-DM642-PCI评估板简介 53-56         3.5.1 视频解码器 54-55         3.5.2 视频编码器 55         3.5.3 片外内存 55         3.5.4 Flash 55-56         3.5.5 FPGA 56     3.6 本章小结 56-57 第四章 基于DSP的MPEG-4编解码器的实现 57-70     4.1 CCS开发软件 57-58     4.2 实例程序剖析 58-63         4.2.1 单线程方式 59-62         4.2.2 多线程方式 62-63     4.3 编解码器的DSP实现 63-69         4.3.1 编解码器的合成 63-64         4.3.2 联机调试与实现 64-69