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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于H.264网络视频传输方案的设计与实现 姓名：邓珂 申请学位级别：硕士 专业：计算机系统结构 指导教师：鲁宏伟 2011-01-17 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 随着互联网和通讯技术的飞速发展，高质量视频的实时传输技术越来越受到人 们的关注，同时国家推广的“三网融合”技术也对高质量视频传输提出了更高的要 求。然而，目前视频传输解决方案受到终端计算能力和网络带宽的制约不能够很好 的实施这一方案。 国际电信联盟组织针对多媒体通信制定了一系列视频编码标准用于在有限的网 络带宽上进行有效
2、地视频传输。目前，H.264视频压缩编码被普遍认为是最具有影响 力的行业标准，H.264标准在视频质量、压缩比例、数据包恢复丢失等方面超过了以 往的视频压缩标准，但同时也增加了算法的复杂性。使用纯软件的方式进行H.264编 解码往往受到处理器的速度限制而无法满足对视频分辨率的要求，而在嵌入式领域 这一问题尤为突出。较为流行的传输方案是由采用基于H.264的硬件编解码和相应的 软件共同完成视频的采集、编码和传输。 通过使用嵌入式H.264硬件编解码器实现实时视频传输方案。系统开发基于包含 多媒体硬编解码器的S3C6410处理器的嵌入式开发平台，使用嵌入式Linux操作系统 和RTP/RTCP实时
3、传输协议，设计并实现了基于H.264硬编解码器的以太网视频传输 方案。方案主要包括视频采集模块、视频编码模块、视频传输模块、视频接收模块。 通过实验环境测试，视频传输方案能够有效的实现实时视频的网络传输，图像质 量、延时能够满足应用要求。 关键词：关键词：网络 视频传输 实时传输协议 嵌入式操作系统 视频压缩编码 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the rapid development of Internet and communications technology, high quality
4、 real-time video transmission technology is being paid more and more attention, and the national promotion “three net integration“ technology offers higher demands for high quality video transmission. At present, however, video transmission solutions can not work with high performance as being restr
5、icted by terminal computing power and network bandwidth. The international telecommunication union organization formulated a series of video codec standards for multimedia communications effectively used in the limited bandwidth. At present, h.264 is generally considered to be the most influential i
6、ndustry standards and is much better than previous standards in the video quality, compression ratio, data packets lost etc.It cant meet the requirement of the video resolution for the speed of processor using of S/W h.264 codec,especially for the filed of embeded system. The more popular transport
7、scheme is based on the use of H/W h. 264 codec and accomplish software for video capture,codec and transmission . Video real-time transmission using of H/W h.264codec,including S3C6410 based embeded platform,Linux os and Real-time Transport Protocol. Designing and implementing video transmission sys
8、tem on ethernet based on H.264 H/W codec, mainly consist of video capture module,video codec module,video transmission module,video receive module. The experiment shows that the video transmission is effective and can be used in actual application with such picture quality and delay. Keywords: Netwo
9、rk; Video transmission; RTP/RTCP; Embedded os;video codec; 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门
10、或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景 近年来，中国市场互联网用户的高速增长，以及网络视频的出现，受众信息接收 方式的转变，传统媒体正经历着深刻
11、的转型。可以预见，报刊、广播、电视、网络 等跨媒体融合发展成为潮流，传统媒体向立体传媒转变是必然趋势。以流媒体技术 为基础的网络电视彻底改变了传统互联网以文字内容为主导的传播模式，由单纯对 于静态的文字、图片的传播发展为对动态的音频、视频的传播。 流媒体技术不仅是数字媒体技术的一个重要研究领域， 而且已成为当今世界重要 的传播媒体。网络视频技术作为多媒体计算机技术、通信网络技术和视听技术相结 合的产物，正日益改变着人们的工作方式、生活方式和学习方式。网上看电影、网 上看电视、网上学习、网上视频会议和网上诊疗等都已成为现实1。 视频信号数字化后的数据量非常庞大，如一路 PAL 制的数字电视的数据
12、速率高 达 216Mb/s， 这无疑给存储器的存储容量、 通信线路的信道传输率以及计算机的计算 速度都带来了极大的压力。同时，这也是制约多媒体技术发展的一个瓶颈问题。解 决这一问题，单纯通过扩大存储器容量、增加通信线路的传输率是不现实的，因此 需要对视频数据进行压缩编码2。而随着嵌入式技术的不断发展，越来越多的功能被 集成到微内核中，处理能力和功能不可同日而语。对于多媒体的应用来说，需要进 行大量的浮点运算和数据操作，这对微内核的处理性能、总线带宽、体系结构的优 化等都提出了很高的要求。嵌入式体系结构的发展和微处理器性能的大幅提升虽然 从一定程度上缓解了多媒体应用对高性能处理系统的需求的压力，
13、但相对于视频编 解码这类实现复杂、对处理器要求极高的多媒体应用来说性能还是略显不足。 H.264/AVC 是由 ITU-T 的视频编码专家组(VCEG)及 ISO/IEC 的活动图像专家组 (MPEG)大力发展的、适应于低码率传输的新一代压缩视频标准，该标准从逻辑上将 视频编码功能和网络提取功能进行分离，具有低码流、高质量和较高的网络适应能 力。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 目前，市场上基于 ARM 处理器对 H.264 视频编解码的实现大部分都是纯软件实 现的，这势必增加了微处理器的压力，而 ARM11 处理器内部集成了
14、增强的 MMX 指 令，且增加了对 H.264 视频编解码的硬件实现，大大提升了处理器的多媒体处理能 力。本文基于 ARM11 处理器，自主构建了 Linux 嵌入式开发环境，针对 H.264 视频 的编解码做了系统的研究，并实现了基于实时传输协议的视频传输。 1.2 目前研究现状目前研究现状 1.2.1 视频压缩编码技术的现状视频压缩编码技术的现状 国际上音视频编解码标准主要两大系列：ISO/IEC JTC1 制定的 MPEG(Moving Pictures Experts Group/Motin Pictures Experts Group)系列标准和 ITU(International
15、Telegraph Union)针对多媒体通信制定的 H.26x 系列视频编码标准和 G.7 系列音频编 码标准3。 MPEG 中文译名是动态图像专家组， 该组织制定了一系列目前广泛采用的音视频 标准，并由 ISO(International Organization for Standards)组织进行发布。从 1992 年发 布 MPEG-1 至今， 目前 ISO 发布的标准主要有 MPEG-1、 MPEG-2、 MPEG-4、 MPEG-7、 MPEG-214-8。 MPEG-1 适用的码率约为 1.5Mb/s，它定义了数字存储的视频及音频如何进行编 码。MPEG-1 对图像的编码方式采
16、用了以块为单位的运动补偿、离散余弦变换、量化 等技术，编码效率大图提高，广泛的应用于 CD、VCD；同时 MPEG-1 对音频的压缩 定义了三个层次：layer 1、layer 2、layer 3,其中 layer 3 就是比较熟悉的 mp3 格式的 编码方式，也是 MPEG-1 音频编码部分的第三个层次。 MPEG-2 是为了进行更高图像质量和更高的传输率而设计的。 为了满足各种不同 的应用场合如数字电视广播、 有线电视网等应用领域， MPEG-2 定义了一定范围的压 缩比以获得较大范围的适应性。 MPEG-4 包含的内容相当丰富，它降低了对传输速率的要求，提高了图像压缩的 比例， 并且提出了在音视频的处理中提出了对象的概念， 其中心是基于内容的 AV 信 息存储处理与操作支持交互性高压缩比以及通用存储性9。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 MPEG-7 是一种多媒体内容的描述接口， 主
