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基于H.264的嵌入式视频采集压缩模块的研究和设计

作　者: 陶明渊
导　师: 孟利民
学　校: 浙江工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: H.264 帧内预测视频编码嵌入式系统
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 43次
引　用: 1次
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内容摘要

H.264是由国际电信联盟和国际标准化组织为了提高原有视频编码标准的编码效率和传输性能而联合推出的一种新的编码标准。它引入了当今视频编码算法的大量高新技术，如可变宏块大小，DCT整数变换、更准确的帧内预测、去块效应滤波、高效的熵编码技术等。其高效的编码效率和良好的网络传输性能使其在视频压缩领域运用日益广泛。未来，H.264必将为主流的视频编码算法之一。嵌入式系统凭借其内核小、可裁剪、实时稳定的特点在各个领域都发挥着广泛的作用。如今随着新一代多媒体技术的不断发展，嵌入式系统的优势正越来越被人们所关注。随着多媒体的广泛应用，视频传输变得越来越重要。为了进一步的压缩视频数据，保证在多变的网络环境下传输高画质的视频数据，就需要对当前的视频编码算法进行改进。H.264编码算法虽然比以前的视频编码算法有了很大的进步，但是依然存在着不足之处，这就需要对其进行深入的研究并提出更加优化的算法。同时，如何有效的在嵌入式系统中实现H.264视频编解码是当前研究的重点，在实际应用中依然存在着许多的困难。所以本文希望通过对H.264编码算法的深入研究，对其中帧内预测算法提出一种更加优化的编码方式。同时通过设计一种在嵌入式系统中进行H.264编码的视频采集压缩模块，来实现将H.264应用于嵌入式系统中这一目标。本文在介绍视频编码相关原理的基础上，重点介绍H.264编码器的结构和层级的划分，并详细分析H.264编码的关键技术和编码性能。进一步阐述H.264编码技术中关于帧内预测算法的主要特点和不足之处。同时针对其帧内编码本身存在的不足提出一种更为高效且易于实现的帧内预测优化算法。另外本文还重点介绍一种将H.264编码算法应用于嵌入式系统的实现方法。首先通过设计该嵌入式平台的软硬件结构，以此了解嵌入式Linux系统的使用方法。接着详细分析在嵌入式系统上如何实现视频采集压缩模块的全过程。硬件方面主要分析各主要芯片的性能特点；软件方面则重点阐述视频采集芯片的驱动设计、视频设备的内核驱动过程以及视频采集压缩模块的各主要功能的软件设计流程。最后简单介绍该视频采集压缩模块在实际应用中所起到的作用和产生的效果。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-18
  1.1 研究的背景和意义  11-12
  1.2 视频编码的研究现状和发展趋势  12-15
    1.2.1 基于信息论的第一代编码算法  12-13
    1.2.2 基于人类视觉系统的第二代编码算法  13-14
    1.2.3 过渡编码技术  14
    1.2.4 H.264 视频编码算法的研究现状  14-15
  1.3 嵌入式设备的研究现状和发展趋势  15-16
    1.3.1 嵌入式系统的发展历程  15-16
    1.3.2 H.264 视频压缩算法在嵌入式中的应用现状  16
  1.4 论文的主要研究工作  16-18
第2章视频编码概述  18-27
  2.1 视频视频编码方法简述  18-19
  2.2 MPEG 系列编码标准  19
  2.3 H.26X 系列编码标准  19-21
  2.4 H.264/AVC 标准  21-23
    2.4.1 H.264/AVC 的分层结构  21-22
    2.4.2 H.264/AVC 的档次和级别  22-23
    2.4.3 H.264 编码器结构  23
  2.5 H.264/AVC 的关键技术  23-26
    2.5.1 基于空域的帧内预测  24
    2.5.2 1/4 像素精度的运动估计和补偿  24
    2.5.3 多参考帧预测  24-25
    2.5.4 多模块的帧间编码  25
    2.5.5 率失真优化模型  25
    2.5.6 基于4×4 的整数DCT  25-26
    2.5.7 CABAC 熵编码  26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 H.264 帧内预测算法的优化  27-40
  3.1 H.264/AVC 帧内预测算法概述  27-30
    3.1.1 基于4×4 的预测方式  27-29
    3.1.2 基于16×16 宏块的预测方式  29-30
    3.1.3 H.264/AVC 帧内预测算法优化的研究现状  30
  3.2 H.264 帧内预测算法的优化  30-36
    3.2.1 优化算法的描述  30-36
    3.2.2 优化算法的分析  36
  3.3 优化算法的实验结果及分析  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章嵌入式视频采集压缩模块的硬件设计  40-51
  4.1 系统框架设计  40-41
  4.2 视频采集芯片的介绍  41-45
    4.2.1 采集芯片的外部接口  42-43
    4.2.2 采集芯片各模块功能描述  43-45
  4.3 编解码系统芯片的介绍  45-49
    4.3.1 视频处理芯片的外部接口  46
    4.3.2 视频处理芯片主要模块介绍  46-49
  4.4 本章小结  49-51
第5章嵌入式视频采集压缩模块的软件设计  51-72
  5.1 嵌入式LINUX 操作系统  51-53
    5.1.1 嵌入式系统概述  51-52
    5.1.2 嵌入式Linux 系统启动过程  52-53
  5.2 视频采集芯片的驱动设计  53-57
    5.2.1 视频采集芯片的驱动原理  53-55
    5.2.2 视频采集芯片的配置流程  55
    5.2.3 视频采集驱动的软件流程  55-57
  5.3 视频压缩模块的软件设计  57-67
    5.3.1 压缩模块的系统框架  57-58
    5.3.2 线程功能简介  58-59
    5.3.3 视频控制线程的设计  59-62
    5.3.4 视频压缩线程的设计  62-67
  5.4 实际应用  67-70
    5.4.1 录像回放线程  67-69
    5.4.2 实际效果  69-70
  5.5 本章小结  70-72
第6章总结和展望  72-74
  6.1 总结  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-76
致谢  76-77
攻读学位期间参加的科研项目和成果  77

基于H.264的嵌入式视频采集压缩模块的研究和设计

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