硕士论文-MPEG4编码算法的研究及在输变电站远程环境监视系

中南大学硕士学位论文MPEG-4编码算法的研究及在输变电站远程环境监视系统中的应用姓名：肖俊颖申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：曹建20060501MPEG-4编码算法的研究及在输变电站远程环境监视系统中的应用作者：肖俊颖学位授予单位：中南大学相似文献(10条)1.学位论文何卫锋基于MPEG-4的高性能运动估计/补偿结构的研究与设计2005为了满足在互联网流媒体环境下对多媒体信息编码方法的需求,运动图像专家组于2000年10月份制定了MPEG-4Amendment4.编码器一直是编码压缩标准中的核心环节,而运动估计/补偿作为消除视频序列间时间冗余的有效手段早已在一系列编码压缩标准中广泛采用,成为整个编码器的核心部件.本文正是致力于流媒体环境下基于纹理图象的MPEG-4运动估计/补偿电路的设计与研究.在回顾了MPEG-4及相关标准的基础上,论文首先对运动估计/补偿技术进行了介绍.论文从运动估计的算法、VLSI结构和设计方法学三个方面分别综述了运动估计电路的国内外发展现状,并简要的介绍了运动补偿的原理.在Hsieh提出的typeI脉动阵列运动估计结构的基础之上,论文进行了改进,以提高阵列的工作效率.针对阵列中搜索区域象素数据的片内缓存,论文提出了一种基于可扩展的缓存结构.针对8×8块的整象素运动估计,论文也提出了基于数据广播方式的一维阵列结构.在此基础之上,论文对基于上述一维和二维混合阵列结构的MPEG-4ASP@L5整象素运动估计电路进行了行为描述,并在SoC平台的支持下完成了功能验证.采用0.25μmCMOS工艺,完成了该电路的VLSI设计.在此基础上,通过合理的数据组织,提出了基于三个片内缓存方案和并发流水执行策略的MPEG-4ASP@L5半象素运动估计电路结构,并通过仿真验证了其功能的正确性.接下来,论文针对基于FSBM算法的高性能运动估计阵列构展开了研究.在H.Yeo和Y.H.Hu提出的六层Do循环嵌套FSBM算法的基础上,通过等效的数学变换方法,得到了一种新的两层Do循环嵌套FSBM算法.在此基础之上,通过数学推导和证明,得出了上述算法的局部化规律,并采用单赋值语句得到了该两层Do循环嵌套FSBM算法的局部化描述.在上述两层Do循环嵌套FSBM算法的基础上,通过直接映射,得到了一种基于p=kN(k≥l,-p≤m,n≤p)的帧级流水阵列结构.该结构完全消除了数据广播操作,取得了接近100％的硬件利用率.为了获得更高的图象质量,MPEG-4在运动补偿工具中弓入了四分之一象素运动补偿、重叠块运动补偿、无限制运动补偿等算法.通过对这些算法的分析,论文提出了基于纹理解码的MPEG-4ASP@L5运动补偿电路的硬件结构,并完成了VLSI设计.在将该电路嵌入到视频解码器中进行的系统仿真表明,该结构能够满足对ITU-R60l格式的MPEG-4ASProfile视频流的实时解码要求.2.学位论文孟维娜MPEG-4视频图像错误隐藏技术2007视频压缩算法的引入，使得视频码流对信道错误十分敏感。因此，视频通信中的错误隐藏技术引起了人们的广泛关注。近年来MPEG-4视频编码标准得到了广泛应用。目前基于纹理信息的错误隐藏技术已经有了很大发展，但是这些方法不能适应于形状信息错误隐藏，而形状信息在MPEG-4码流中占有更重要的地位。因此本文主要对MPEG-4视频图像形状信息错误隐藏技术进行了深入研究。首先，本文对三类错误隐藏技术——前向错误隐藏技术、解码器后处理错误隐藏技术和编解码器交互式错误隐藏技术进行了详细介绍。然后，深入分析了典型形状信息错误隐藏算法——基于统计学的错误隐藏算法，虽然该方法能够得到较好的恢复效果，但是这一方法计算量大，且恢复图像存在明显的块效应。为此，本文采用了一种解码器后处理错误隐藏算法对出错对象的形状信息进行错误隐藏。该算法主要应用了Bezier曲线和曲线拟合相结合的方法，通过仿真实验证明该方法能够得到高质量的恢复图像，消除了恢复图像中的块效应。最后，针对对象形状信息全部丢失、大面积丢失以及丢失信息变化复杂的情况，本文参考全局运动补偿的概念，采用了一种基于全局运动补偿的前向错误隐藏方法对出现传输错误的图像进行恢复。通过仿真实验证明该方法能够得到很好的恢复效果，尤其是对象形状信息全部丢失时。3.期刊论文刘龙.韩崇昭.王占辉.LIULong.HANChong-zhao.WANGZhan-huiMPEG-4运动补偿的VLSI结构设计-通信学报2005,26(11)针对MPEG-4解码中运动补偿控制复杂、数据吞吐量大、实现较困难,提出了一种适合MPEG-4的运动补偿硬件实现方案,解决了时序分配、输入输出控制等较难处理的问题.此方案已经在XilinxISE6.1i集成开发环境下,采用了VHDL进行描述,并使用了电子设计自动化(EDA)工具进行了模拟和验证.仿真和综合结果表明,设计的运动补偿处理器逻辑功能完全正确,而且可以满足MPEG-4CoreProfiles＆Level2的实时编码要求,可用于MPEG-4的VLSI实现.4.学位论文袁钢基于VC的MPEG-4解码算法的研究与实现2007随着网络和通信系统的高速发展，交互式计算机和电视技术的普遍应用，以及现代远程教育技术的迫切需要，人们对多媒体数据的编码、解码技术提出了更高的要求。近几年来，视频压缩技术发展迅速，新的视频标准不断推出。MPEG-4是国际运动图像专家组(MPEG)在继MPEG-1和MPEG-2之后，制订的又一个ISO/IEC标准，即ISO/IEC14496。它能够获得更高的音/视频压缩率，且具有基于内容的交互能力。目前MPEG-4也正在不断的修订，以提出更好的压缩及解压算法，在质量有损最小的前提下，获得更好的压缩效果。本文结合目前视频标准的发展情况，对基于对象的视频编码标准MPEG-4进行了深入的研究，对MPEG-4的编解码结构及视频层次化的数据结构进行了分析，并对编解码的关键技术，如：形状编解码、运动估计和运动补偿以及纹理编解码进行了研究，对其中的核心技术DCT/IDCT变换、逆量化、变长编解码、半像素精度搜索、DC和AC系数的预测等进行了详细的分析。针对MPEG-4SVP模型，本文介绍了它的解码的详细过程，并结合实际要求，对解码算法进行了优化，给出了解码的软件实现，最后给出了系统的实现情况和测试结果。5.期刊论文甄丽平.李亚梅.司绍伟全局运动补偿技术在形状信息错误隐藏中研究-计算机工程与应用2009,45(36)深入研究MPEG-4的形状编码技术和视频图像帧的编码方式,参照全局运动补偿技术,在图像形状信息全部丢失、部分丢失信息变化复杂的情况下,提出一种基于全局运动补偿的前向错误隐藏方法对出现传输错误的图像进行恢复.通过与Cheng方法对比仿真实验证明该方法取得很好的恢复效果,尤其是对象形状信息全部丢失时.6.学位论文陈俊江MPEG-1/2到MPEG-4的码流转换2004数字化后的视频和音频信息的数据量非常大,它给信息的存储和传输造成较大的困难,成为阻碍人类有效地获取和使用信息的瓶颈.有效的数据压缩编码方法,以压缩的形式存储和传输这些数据将是最好的选择.然而,现阶段在视频通信领域存在多种视频编码标准,这些标准在码流格式、压缩效率、输出码率、分辨率等方面不尽相同,分别适用于不同的领域.码流转换技术能够将一种格式的视频流处理成更适合于某特定应用的另一种格式的视频流.该文第二章主要研究了MPEG系列视频编码标准,对MPEG-2和MPEG-4的数据结构、编解码算法等作了详细介绍.在不同应用领域,对码流转换速度和转换质量的要求也不同,因此分别讨论了非实时和实时码流转换的关键技术.对于非实时的完全解码/编码级联式码流转换,第三章研究DirectShow应用于多媒体的开发方法,给出利用DirectShow进行多媒体码流转换的框架和实现的相应软件系统.第四章深入研究MPEG-1/2和MPEG-4之间的异同,介绍了压缩域转码技术,通过对压缩码流中部分信息的复用,节省了大量的运动估值、运动补偿和DCT/IDCT变换,降低了运算复杂性,提高转码效率,实现实时码流转换.7.期刊论文何卫锋.周文彪.毛志刚.吕志强.HEWeifeng.ZHOUWenbiao.MAOZhigang.L(U)Zhiqiang基于纹理图像的MPEG-4运动补偿电路的VLSI设计-固体电子学研究与进展2005,25(2)在采用外部存储和内部缓存的两级存储方案的基础上,提出了一种基于纹理图像的MPEG-4ASP＠L5运动补偿电路的硬件结构,并完成了VLSI设计.针对运动向量的预测算法,在满足实时译码的前提下对电路的内部缓存LM2进行了优化.对于重叠块运动补偿算法,提出了一种有效的双循环替换缓存结构.采用TSMC0.25μm1P5MCMOS工艺,完成了运动补偿电路的VLSI实现,芯片内核面积为1.31mm×1.31mm,最高工作频率150MHz.系统仿真结果表明该电路可在120MHz的频率下对符合ASProfile标准的ITU-R601格式的纹理视频流进行实时运动补偿.8.学位论文黄照熙基于手持设备的多标准解码器：—H.264/AVC,AVS,和MPEG-4的研究2009手机不仅成为一种大众普及的通信工具，同时也成为一个便携式的影音娱乐平台。与此同时，伴随着3G，4G技术在不远的将来的应用，手持设备也必将拥有更高的数据传输速率，手机电视的应用也将得以普及。目前国际通用的，最先进的视频信源编解码标准H.264/AVC,必将成为手机电视视频的一种主流编解码标准。在我国，具有自主知识产权的，性能接近H.264但实现复杂度较H.264来的低的新一代音、视频编解码标准AVS已经在2006年成为国家标准。两大手机电视标准的候选者CMMB和CDMB均明确表示支持AVS成为其信源编码标准之一。此外，目前主流的多媒体娱乐影音便携设备都支持对MPEG-4码流的解码，再加上市面上已经存在很多供手持式设备使用的MPEG-4片源。基于以上的应用事实，针对手持式设备，本论文提出一种支持三种标准的码流，即H.264/AVC标准中的BL@L2，AVS标准中的JiZhun@L2.1和MPEG-4标准中的ASP@L2的解码器设计。在研究中主要侧重两方面，一是多标准之间相同模块的硬件复用，另一个是针对个别模块的性能优化。在硬件复用方面，我们主要关注码流解析，熵解码，反余弦变换，运动补偿和去块效应模块的多标准硬件的复用和共享。对于码流解析器，大量的保存中间信息的寄存器可以在三个标准之间充分共享。H.264/AVC，AVS和MEPG-4的熵解码均采用查变长码表的办法，合并不同码表之间相同的码字的方法可以在一定程度上缩小码表。这对于内置的硬连线式码表很有意义。将AVS和MEPG-4的基于8′8的反余弦变换核改写为迭代形式的基于4′4的反余弦变换，使得在一套硬件上实现三种标准的反余弦变换成为可能。三个标准均支持1/4象素精度的运动补偿，在运动补偿模块中引入三种标准共享的cache，能有效降低冗余数据读取率。此外，修改AVS中差值法采用的滤波器系数，一方面使得设计更加规整，另一方面也加快了数据吞吐率。由于去块滤波在MPEG-4中是可选的，本论文对去块效应滤波模块的研究仅仅讨论AVS和H.264/AVC的去块效应滤波模块。两者相同的架构及流水线设计大大节省了硬件开销，此外公用的片内存储空间也进一步降低了硬件开销。总的说来，通过以上这些公用措施，与单一标准的解码器相比，多标准的设计在面积和逻辑门数量上节省了约25％。在性能优化和提高方面，我们主要关注解变长编码，运动补偿和去块效应滤波这三个模块。影响解变长码吞吐率的主要因素是变长码解码路径中的长反馈回路。此外处理逃逸码也需要花销额外的时间。针对MEPG-4，我们提出了一种并行的逃逸码，正常码探测机制，加速了解码过程中对逃逸码的处理。对于AVS，我们提出了解码字和查码表并行运行的机制，有效缩短了反馈路径，提高了吞吐率。在运动补偿模块中，我们提出了基于象素行的，直接映射的cache，大大降低了冗余数据