多媒体通信的数字视频压缩技术研究20

毕业论文（设计）多媒体通信的数字视频压缩技术研究学生姓名：袁勐指导教师：李春晖（讲师）合作指导教师：专业名称：通信工程所在学院：信息工程学院2011年6月目录摘要........................................................IAbstract....................................................II第一章前言.................................................11.1研究的目的和意义......................................11.2研究的内容和方法......................................11.3国内外的研究现状......................................1第二章数字视频压缩技术简介................................32.1数字视频和视频压缩....................................32.2数字视频压缩技术的发展历程............................72.3MPEG标准及其主要形式.................................92.4H.261标准和H.263标准...............................172.5其他的多媒体压缩方式.................................19第三章电视广播数字视频...................................223.1电视信号制式的概述...................................223.2主要的电视信号制式...................................233.3电视广播用数字视频标准...............................29第四章新一代视频压缩编码标准H.264/AVC...................324.1H.264/AVC标准简介...................................324.2H.264/AVC的特点.....................................334.3H.264/AVC的关键技术.................................344.4H.264/AVC的应用前景.................................36第五章结论................................................39致谢.......................................................40参考文献...................................................41大连海洋大学本科毕业论文(设计)摘要I摘要当今，信息技术和计算机互联网飞速发展，多媒体信息已成为人类获取信息的最主要载体，同时也成为电子信息领域技术开发和研究的热点。多媒体信息经数字化会产生大量的数据，这对信息存储设备及通信网络提出了很高要求，因此研究高效的多媒体数据压缩编码方法，对多媒体信息的存储和传输具有重要意义。本文结合当前通信领域和计算机领域的技术，对多媒体通信的数字视频压缩技术进行研究，介绍了数字视频压缩技术的意义，发展和现状。并对多媒体视频信息传送和处理中的压缩编码技术进行了重点研究。关键词：多媒体通信,数字视频,视频压缩编码技术,视频压缩编码标准大连海洋大学本科毕业论文（设计）AbstractIIAbstractNowadays,astherapiddevelopmentofinformationtechnologyandInternet，multimediainformationhasbecomethemostimportantvectorofhumanaccesstoinformation,aswellasthedevelopmentandresearchfocusofelectronicsandinformationtechnology.Thedigitalmultimediainformationwillproducelargeamountsofdata,thisinformationstoragedevicesandcommunicationnetworkshasplacedenormousdemands,therefore,theresearchofefficientmultimediadatacompressionmethodsshowsgreatsignificanceinstorageandtransmissionofmultimediainformation.Thispapercombinescommunicationtechnologyandcomputertechnology,andconductaninvestigationintodigitalvideocompressiontechnologyofmultimediacommunication,describesthesignificance,developmentandcurrentsituationofdigitalvideocompressiontechnology,andthestudyfocusoncompressioncodingtechnologyinthetransmissionandprocessingofmultimediavideoinformation.Keywords:multimediacommunications,digitalvideo,videocodingtechnology,videocodingstandards大连海洋大学本科毕业论文（设计）第一章前言1第一章前言1.1研究的目的和意义进入新世纪以来，全球经济以飞快的速度增长，在发展经济的同时，与人们工作生活息息相关的科学技术也越来越受到人们重视，而得以前所未有迅猛之势发展和进步，并更加广泛的普及应用到日常生活之中。随着人民生活水平的不断提高，人们对其工作和生活中的科技含量的诉求也越来越高,开始追求更为高效、方便和舒适的工作生活环境，更高端的工作生活水平。21世纪是一个信息化的世纪，信息的处理和传递渗透在人们生活的方方面面，信息种类的多样化使得多媒体通信的意义日渐重大。众所周知，视觉是包括人类在内的许多高等生物获取外界信息最重要最直观的方式，通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动作，获得对机体生存具有重要意义的各种信息，对人类来说，至少有80%的外界信息经由视觉获得。视觉是可以说是人类最重要的感官，那么在信息时代中，作为传递视觉信息的主要载体之一，视频技术就显得尤为重要了。通过对视频技术的研究，提高视频技术的技术水平，可以大大增加视频信息在人们生活的作用范围和效率，帮助人们进行更为高效的多媒体信息处理和传递。而在现今信息数字化的趋势之下，多媒体通信的数字视频压缩技术意义重大。1.2研究的内容和方法多媒体通信范畴比较广阔，但视频技术是其中比较重要的一个领域，而在信息数字化的时代，数字视频压缩技术更是重中之重。和模拟视频相对，数字视频就是以数字形式记录的视频。数字视频的压缩即通过改变编码方式，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件，从而实现减小体积方便传输等预期的目的。对数字视频压缩技术的研究，主要从信号的制式、标准和视频的压缩编码两个方面入手。前者包括SMPTE和IEEE开发和管理非压缩的数字视频标准，这些标准包括：PAL、NTSC和SECAM标准分辨率的电视广播用数字视频标准CCIR-601；传输CCIR-601的SMPTE259M；传输HDTV的SMPTE292M。为了利用廉价的低比特率链路进行数字视频信号传输，或者存储数字形式的视频，必须对原始数字视频信号进行高效的压缩编码。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263，运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，除此之外Real-Networks公司的RealVideo、Microsoft公司的WindowsMediaVideo等在互联网上被广泛应用。1.3国内外研究现状随着数字技术的发展，世界视频技术发展已经进入了从模拟视频技术到数字视频技术的转型期。与以往传统的模拟视频技术相比，数字视频技术的特点在于采用了全数字的图像和声音处理技术。随着各种数字视频技术的不断发展和日趋成熟，针对各个不同的应用领域，一系列相应的数字视频音频编码标准也迅速制定并且不断的得到完善。目前国际上比较流行的视频编码技术主大连海洋大学本科毕业论文（设计）第一章前言2要有两套标准，即国际标准化组织（ISO）制定的MPEG标准和国际电信联盟（ITU）所制定的H.26x系列标准。而国内也顺应趋势出台了具有自主知识产权的数字视频音频编码解码标准AVS。目前的数字视频编码技术主要以国际标准化组织制定的MPEG-2为基础，该标准已经使用了十几年，虽然应用广泛使用稳定，但是发展空间已经所剩无多。国际电信联盟与国际标准化组织于2003年联合开发了新一代的视频压缩标准H.264，该标准可以提供更高的数据压缩率，在视频图像的质量相同的条件下，H.264的数据压缩率比之前的H.263和MPEG-2高2倍，比MPEG-4高1.5倍，在同等数据量的情况下可以获得更好的图像质量，效果非常不错，日后将很有可能会取代MPEG-2成为主要的数字视频信源编码标准。而在我国，具备自主知识产权的AVS的标准也随着产业链的逐步完善而得到了进一步的推广。在国外，由于MPEG-2的技术已经比较成熟，所以国外厂商纷纷投入大量的精力在H.264的研究上。虽然H.264压缩效率很高，但高压缩率带来的问题是压缩算法的较高复杂度，H.264的解码比传统的MPEG-2复杂2到3倍。国外的众多厂商对H.264技术进行了大量研究并形成了多种H.264编解码方案，实现H.264HP@L4级别的实时解码。目前主要有基于专用芯片的结构(SoC+ASIC)、基于DSP+ARM的结构和基于x86的结构等。其中基于专用芯片的结构因为使用专用芯片，因此成本低廉而易于推广，但是无法对软件进行升级，而且每个编码器都需要单独的硬件来支持，浪费资源；基于DSP+ARM的结构因其可编程的特性，可以对不同的压缩标准进行解码，可集成丰富的外围设备，易于开发，但部分模块效率低功耗高；基于x86的结构拥有丰富的应用程序，开发周期短，但是价格昂贵不易普及。在国内，数字电视的推广以及IPTV等新媒体的不断涌现使得人们对视频传输带宽的要求逐渐提高。MPEG-2等第一代音视频编解码标准技术虽然目前仍是主流，但由于技术水平及收费等原因发展空间日渐减小；MPEG-4的专利许可政策较为苛刻，推广前景不被看好。H.264编码标准很有可能会取代MPEG-2成为主要的数字视频信源编码标准，而我国具有自主知识产权的AVS标准也正在得到推广。国内很多企业对H.264、AVS等新型视音频编码标准技术的产品化进行了投入，形成了各自的技术。我国数字电视采用的仍是MPEG-2编解码技术，而且国外规模较大的公司对市场的垄断导致目前国内相应的基于H.264技术的解码芯片的研究较多，但产品较少。投入研究的单位主要包括清华大学、上海交通大学、国防科技大学、广东暨南大学等。在数字技术的推动下，视频设备市场已经进入从模拟视频向数字视频的转型期，由此引发对数字解码芯片巨大的市场需求，数字视频压缩技术和相应的设备将带来巨大的经济效益。大连海洋大学本科毕业论文（设计）第二章数字视频压