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基于DM642平台的数字电视码流字幕叠加技术研究

作　者: 徐章宁
导　师: 王兴东
学　校: 上海交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 数字视频处理非线性编辑 MPEG-2 空间域反向跟踪 DSP TMS320DM642
分类号: TN949.197
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 60次
引　用: 1次
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内容摘要

数字视频压缩技术的产生和发展具有深远的意义,它使庞大的视频数据的存储和传输成为了可能,使数字视频业务得以广泛的发展。目前,SDTV数字电视码流传输都是以MPEG-2压缩方式传输,对这些压缩视频的处理历来是研究的热点。在实际的数字电视技术应用中,以图文字幕叠加的应用最为常见。电视节目制作单位通常利用字幕机来实现图文字幕叠加,而传统字幕机有着固有的缺点:一、利用全部解码全部编码的方式进行非线性编辑。虽然这样可以实现复杂的非编效果,却是以牺牲视频质量为代价,原有视频经过多次处理后会大幅度下降视频质量;二、传统字幕机基于X86构架,绝大多数国内字幕机产品更是以Windows平台作为操作系统,稳定性较差,不利于长期持续使用。本文的主要工作是基于DSP平台设计并实现了数字电视图文字幕叠加的系统。通过充分利用DSP平台的优势,合理分配和优化MPEG-2编码和解码过程,实现了局部编解码进行台标或字幕的叠加,在最大程度上减少了对原有视频质量的影响。由于本系统是基于DSP平台设计和实现的,从而具有稳定、低功耗等特点。首先,本文介绍了MPEG-2视频编码原理,介绍了现有的台标插入和字幕叠加的应用,分析了当前台标及字幕叠加系统的现状。其次,本文设计并提出了实现数字电视码流字幕叠加的系统框架。分析了空间域和压缩域台标叠加的优缺点,结合DM642平台的特性,选择通过局部解码、局部重编码的方式在视频的空间域进行台标和字幕叠加。再次,本文改进了现有的解码范围确定算法,提出了改进的反向跟踪法。为了保证视频质量不会因为台标插入或字幕叠加而造成损失,实现过程采用的是局部解码-台标字幕叠加-局部编码的方式,本文在分析了现有的解码区域检测的各种算法的基础上,提出了改进的反向跟踪法,避免了原反向跟踪法经重编码后码率增高的问题,经过台标字幕叠加处理后码流的码率变化更小,更接近原始码率。最后,本文基于TI公司的DM642多媒体处理平台,设计并实现了局部编解码台标字幕叠加系统。为了达到图文字幕叠加应用的实时性要求,对算法从整体到局部进行了优化。采用了一系列DSP程序的优化方法:合理选择开发环境CCS下的编译参数;利用intristic指令对关键函数进行改写;合理安排内存布局以更好的利用平台的硬件资源;通过EDMA在片外存储器和片内存储器之间拷贝数据。最后,通过对实际的数字电视节目码流叠加字幕及台标验证其有效性。实验结果表明,基于DM642平台实现的局部编解码台标字幕叠加系统具备较好的台标字幕叠加效果,且算法实时性能够满足实际应用需求。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-20
  1.1 引言  9-11
  1.2 MPEG-2 简介及视频编码原理  11-16
    1.2.1 MPEG-2 的产生和简介  11-12
    1.2.2 MPEG-2 的码流结构和编码原理  12-16
  1.3 台标以及字幕叠加简介  16-17
  1.4 台标以及字幕叠加系统现况研究  17-18
    1.4.1 实现模式  17
    1.4.2 现状研究  17-18
  1.5 论文的主要工作和创新点  18
  1.6 论文的内容安排  18-20
第二章基于DSP 的数字电视台标字幕叠加系统  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 基于TMS320DM642 的DSP 平台  20-26
    2.2.1 TMS320DM642 简介  20-21
    2.2.2 TMS320DM642 芯片功能单元  21-22
    2.2.3 TMS320DM642 寄存器组  22
    2.2.4 TMS320DM642 存储器存取通路  22-24
    2.2.5 TMS320DM642 二级缓存结构  24-25
    2.2.6 TMS320DM642 芯片外设接口  25-26
  2.3 数字电视台标字幕叠加系统  26-32
    2.3.1 整体框架  27-28
    2.3.2 确定解码区域  28
    2.3.3 台标及字幕的叠加  28-31
    2.3.4 局部解码和局部编码  31-32
  2.4 本章小结  32-34
第三章利用改进的反向跟踪算法确定解码区域  34-51
  3.1 目前主流编解码区域判定的算法分析  34-39
    3.1.1 利用f_code 缩小编解码区域  34-35
    3.1.2 叠加台标的反向跟踪算法  35-39
  3.2 反向跟踪法和F_CODE 缩小编解码区域的比较与改进提出  39-43
    3.2.1 反向跟踪法的不足分析  40-41
    3.2.2 反向跟踪法的改进  41-42
    3.2.3 改进反向跟踪法的伪代码  42-43
  3.3 性能分析  43-50
    3.3.1 各类算法运算量比较分析  44
    3.3.2 叠加台标引起的码率变化  44-45
    3.3.3 本算法对重建图像质量的影响  45-47
    3.3.4 叠加台标后的重建图像实验  47-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 MPEG-2 局部编解码台标字幕叠加的DSP 实现  51-70
  4.1 MPEG-2 局部编解码台标字幕叠加系统  51-53
  4.2 局部编解码台标字幕叠加算法的移植与优化  53-66
    4.2.1 DSP 程序优化方法简介  53-54
    4.2.2 编译选项参数优化  54-56
    4.2.3 内存分配设置以及缓存布局优化  56-58
    4.2.4 函数级优化  58-63
    4.2.5 EDMA 的使用及优化  63-66
  4.3 局部编解码台标字幕叠加系统的优化结果  66-67
  4.4 局部编解码字幕台标叠加结果及分析  67-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章总结与展望  70-72
  5.1 总结  70
  5.2 展望  70-72
参考文献  72-77
致谢  77-79
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  79-81

基于DM642平台的数字电视码流字幕叠加技术研究

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