基于AVS的数字电视系统及其相关技术研究

华东师范大学博士学位论文基于AVS的数字电视系统及其相关技术研究姓名：王国中申请学位级别：博士专业：系统分析与集成指导教师：顾君忠20060401基于AVS的数字电视系统及其相关技术研究作者：王国中学位授予单位：华东师范大学相似文献(10条)1.学位论文左雯移动数字电视系统中H.264视频转码技术研究2006当前，移动数字电视技术正以其独特的魅力，展示出诱人的市场前景，引起人们的注视，但移动信道的带宽有限、MPEG-2视频码率高成为其应用拓展的瓶颈，而MPEG-2至H．264视频转码尚未有成熟的技术实现方案，如何在移动数字电视系统中以灵活方便的方式将MPEG-2流实时转码成H．264流，并予工程化，以节省带宽和存储空间，是亟待解决的技术难题。为此，本实验室和南京电视台合作适时申报了江苏省科技厅的高科技科研项目《基于H．264的视频转码在移动数字电视中应用研究》，并通过了评审。在描述了关于视频转码、H．264编解原理解析和优化的前期技术准备基础上，提出了MPEG-2流至H．264流的实时转码技术实现方案，设计了基于高速DSP的PCI板卡视频转码器，进而提出了基于H．264视频转码的移动数字电视系统构建方案。文中前三章，较为全面地阐述了移动数字电视、视频转码及H．264编码技术原理，分析比较了视频转码多种常用体系结构和相关技术，在优化H．264编码器技术基础上，给出一种基于DSP的H．264编码器设计思想。第四章，提出了基于DM642DSP的MPEG-2至H．264．实时视频转码器设计方案；给出PCI转码卡的硬件结构组成；核心处理器DSP及SDRAM、FLASH、网口等周边硬件电路设定；相关硬件连接电路设计。接而进行转码卡的PCI驱动设计，包括主机端程序和DSP端程序，同时得到了实验论证，该PCI接口能完全满足视频转码数据传输的需求。论文还设计了转码软件框架，结合DSP特点，进行转码数据分配和程序优化，提出移植过程值得注意的一些问题及其解决办法，并给出解码软件的框架，以及优化解码软件流程，实验表明该解码性能明显优越于JM解码。第五章，探讨了该转码器的一种转码算法框架，将MPEG-2流转码成比特率降低、垂直和水平分辨率降低一半的H．264流；分析了具体的转码算法，并对该转码结构进行了计算复杂度估计和实验分析。第六章，提出了基于该视频转码器的移动数字电视系统构建方案，通过以该转码板卡为核心的转码服务器实现系统中MPEG-2流至H．264。流的实时转码和视频存储。此外，文中分析了其应用前景，提出了改进的措施，推演了下一步需进行的工作重点。文中提出的基于高速DSPPCI板卡转码器，能实时地将MPEG-2流转码成比特率和分辨率降低的H．264流，具有成本低、使用灵活方便、易扩展升级等特点。该转码器可较为方便地以服务器辅助板卡的手段，应用于移动数字电视系统，从而达到降低视频码率，增大节目数量，节省存储空间效果，并满足异构系统和终端的配合互用的需求。2.学位论文程国华基于压缩域的视频转码与视频编辑技术的研究2005随着数字电视业务迅速而广泛的开展，对MPEG-2视频码流编辑技术的需求十分迫切。MPEG-2压缩节目的制作和编辑技术完全不同于传统的模拟电视节目的制作和编辑；与M-JPEG压缩节目的编辑相比，对MPEG-2压缩节目实现帧精度的编辑也要复杂得多。MPEG-2标准为实现高压缩比而利用了帧间的时域相关性，因此在视频编辑中对视频内容及码率的任何改变都会对后续帧产生影响，从而涉及到视频转码。MPEG-2码流视频编辑的关键技术在于视频转码器的设计、快速算法、再量化技术、码率控制及视频编辑算法等。本文结合作者参与的上海市青年科技启明星计划“数字电视节目制作与编辑技术”(编号：01QD14030)，研究了MPEG-2码流的转码与编辑技术中的一些关键问题，包括内部编码帧的转换、DCT域运动补偿及其快速算法、帧精度的无缝拼接、叠加台标、画中画等。在简单地介绍了本文的研究背景和研究目的之后，本文着重分析了视频转码器的结构、DCT域运动补偿(DCT-MC)的快速算法、编码参数再利用、码率控制与再量化，并介绍了压缩域的MPEG-2视频编辑技术，通过研究提出了如下的创新成果：针对MPEG-2内部编码帧的转码，本文提出了基于优选再量化级的转码算法。通过分析转码时的率失真曲线，建立了优选再量化级的判断依据，并使用大量的实验来为每个量化级建立对应的优选再量化级；为确保转码中使用优选再量化级并实现有效的码率控制，本文还提出了一种针对内部编码帧的码率控制算法。实验表明：本文提出的算法所获得的PSNR性能不但明显优于其他的转码算法，而且也优于使用TM5码率控制算法直接编码所能获得的性能。针对DCT域运动补偿问题，首先通过分析基于帧DCT的DCT-MC的不足之处，提出采用场DCT来实现DCT-MC，给出了场DCT下具有半像素的运动矢量的处理方法，通过推导出新的矩阵来减小半像素运动矢量进行DCT-MC时所需的计算复杂度。然后，通过结合图像的局部相关性和偏移块中能量的分布情况，根据参考块中DCT系数的分布特性提出了一种改进的局部带宽估计方法，通过只对位于局部带宽之内的DCT系数进行计算可减小DCT-MC的计算复杂度。最后，针对当前残差块DCT系数的分布特性，为B帧转码时的DCT-MC提出了一种快速算法，该算法利用B帧不作参考帧的特点，只有当残差块中相应位置处的DCT系数不为零时才计算预测块中有关位置处的DCT系数，该算法显著地加快B帧的转码速度，且对转码后图像质量的影响非常小。研究了帧精度的MPEG-2码流无缝拼接技术。介绍了现有的拼接方案并分析其局限性，通过分析给出了帧精度拼接中帧类型转换方案的选取策略；为实现帧类型转换，提出了基于DCT域的帧类型转码器，并分析了帧类型转码对图像质量及编码比特数的影响。针对码流的无缝拼接提出一种码率控制算法，该码率控制算法利用已解码帧的信息计算拼接期的目标比特数，采用TM5码率控制算法来为每一帧分配目标比特数，并使用ρ域码率控制算法来保证码率控制的精确性。实验表明：拼接后码流的vbvdelay与原始码流的vbvdelay基本上做到了一致，同时将图像降质限制在有限的十几帧之内，有效地实现了MPEG-2码流的无缝拼接。研究了MPEG-2码流中的信息插入技术。从转码器的角度出发，推导出了基于DCT域转码器的台标叠加方案；在分析了台标叠加时解码器和转码器中需要进行处理的区域的基础上，给出了快速的台标叠加方案。为了减小台标叠加对编码比特数的影响，针对DCT域台标叠加提出了一种运动矢量的修正方法。本文还给出了基于DCT域转码器的画中画实现方案，并对帧类型对齐的问题进行了探讨和分析。3.会议论文朱振博.戴琼海.丁嵘基于DSP的硬件数字音视频转码器的设计与实现2005随着数字电视技术与网络多媒体服务的发展与融合,为多种用户终端提供不同格式的数字视频流服务成为了数字多媒体服务发展的一个重要技术.对于数字多媒体服务器,将源视频流通过音视频转码器转为各种不同的视频流格式是目前实现这一技术的主要方法.由于基于各种接入网络的多媒体终端对于多媒体数据需求的灵活性与多样性,视频转码器必须能够灵活的支持多种媒体格式、数据传送标准以及接口协议,并且具有高运算能力、低成本和灵活的可升级性.基于以上考虑,本文提出了一种基于数字信号处理器(DSP)的硬件数字音视频转码器设计,并详细阐述了其软硬件实现方案。4.学位论文鹿宝生基于H.264转码的移动数字电视系统研究2007当前，移动数字电视正以其独特的魅力，展示出诱人的市场前景，引起人们的注视。但由于视频图像数据量巨大，其传输所需的带宽和前端节目存储所需的容量都成为推广应用移动数字电视的最大障碍。此外，在移动数字电视的各个具体应用环境中，视频数据的压缩、存档、传输采用了不同的格式和标准。在数字视频信号被不同的标准和格式压缩编码后，在许多对用户透明使用的情况下，需要对这些压缩视频流进行转码处理。由以上两点可以看出，如何在现有的移动数字电视系统中将高码率的MPEG2视频节目转码成低码率H．264格式的视频节目，并予工程化，以节省带宽和存储空间，是亟待解决的技术难题。为此，本实验室和南京电视台承担了江苏省科技厅的高科技科研项目《基于H．264的视频转码在移动数字电视中应用研究》。论文的主要研究目标是在移动数字电视前端系统中以灵活方便的方式构建MPEG2至H．264的视频转码服务系统，以节省移动信道带宽和存储空间。并围绕H．264视频转码服务系统的具体设计与实现过程中涉及的关键技术环节进行讨论，并取得了一些有意义的结果。文中前四章较为全面地阐述了移动数字电视、H．264编码技术及视频转码原理，分析比较了视频转码多种常用体系结构和相关技术。在分析移动数字电视现状的基础上，指出了研究视频转码服务系统的意义，并对视频转码服务系统的主要业务流程和数据流进行了分析，建立了系统的功能模型，然后又对系统的应用体系结构、应用软件的构架以及流程进行了设计。第五章分析了系统开发过程中的关键技术，探讨了MPEG2至H．264转码器的转码算法框架，其中关键算法包括：运动矢量复用、帧模式转换、混合块处理和DCT系数映射等；为进一步提高转码效率，对其中运算量最大、最耗时的运动估计、变换等通过MMx技术进行指令集优化；并详细设计了多路H．264节目的复用与解复用。最后针对系统特点，对数据传输原理进行了研究，介绍了本系统TCP方式数据传输的实现过程。第六章给出了转码演示系统，系统采用了本文提出的转码结构，利用了上述主要算法和优化结果，实现了MPEG2至H．264视频流转码的服务系统。文章最后对研究内容进行了总结，展望了进一步的研究工作，并指出了具体技术实现的创新点，包括：沿用原基于MPEG2的片源摄制和编辑设备，增加H．264转码服务器等，并与原系统兼容；分析提出一种变换域的转码算法体系结构，降低计算复杂度，提高转码速度；对于转码后多路节目的H．264．视频进行静态复用，节约H．264复用器的开销；对转码算法中运算量最大、最耗时的运动估计、变换等通过MMx技术进行指令集优化，提高转码效率。5.学位论文胡锋MPEG-2到AVS视频转码算法的研究2007在数字电视广播、数字存储媒体等这些应用领域，虽然MPEG-2视频标准(ISO/IEC13818-2)目前仍占据着主导地位，但是由于技术陈旧需要更新及收费较高等原因，MPEG-2视频标准即将退出历史舞台。AVS标准是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准，编码效率远远高于MPEG-2标准，并且技术方案简洁，芯片实现复杂度低。AVS标准通过简洁的一站式许可政策，解决了标准专利许可问题死结，是开放式制订的标准，易于推广。同时，AVS标准是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，能够为数字音视频产业提供更全面的解决方案。因此，研究从MPEG-2到AVS的视频转码算法具有重要的现实意义。本文作者主要从分析MPEG-2和AVS视频编码标准的差异性入手，同时对各种视频转码方法进行了深入的分析和研究，并在此基础上，提出了一种MPEG-2到AVS视频转码算法，主要包括高层语法的转换、变换系数的转换、运动矢量的转换、宏块编码模式的转换(I帧宏块编码模式的转换、P帧宏块编码模式的转换、B帧宏块编码模式的转换、宏块编码模式的选择)、帧内预测、环路滤波、码率控制等，最终实现了MPEG-2到AVS视频转码器，并对该算法的性能进行了实验研究。但由于时间关系，本文提出的MPEG-2到AVS视频转码算法在性能上还有待进一步提高。如何兼顾性能和转码器实现复杂度，是今后工作要考虑的主要方面。6.学位论文刘怀宇DCT域HDTV到SDTV转码中图像下采样算法的研究及系统实现与优化2006现阶段的视频压缩领域，存在着多种编码标准，由不同的组织，针对不同场合制定，如MPEG标准，H.26X标准等。这些标准在语法格式、压缩效率、码率、分辨率等方面不尽相同，对应的传输介质以及要求终端处理能力也不同。所谓的视频转码就是将一种格式的压缩视频数据处