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1、摘要本文首先介绍了多媒体的发展历程，然后介绍了多媒体技术及标准，深入地分析了MPEG-4视频技术，对MPEG-4视频技术进行了重点介绍，如形状编码、运动编码和纹理编码。然后提出了一种新的运动估计算法。针对运动估计在视频编码中的重要作用，对己有的运动估计快速算法进行了重点介绍和分析，并提出了一种新的菱形搜索算法。为了检验该算法，通过代码实现了包含该算法的视频编码。实验证明，所提出的算法对视频编码效果有所改进。另外，针对嵌入式视频的应用，本文就S3C2410X做了简要介绍。S3C2410X广泛地应用于各种嵌入式系统中，它自带的USB接口与LCD控制器为USB开发和液晶开发带来了方便。在时钟方面S3
2、C2410X也有突出的特点，该芯片集成了一个具有日历功能的FJC和具有PLL（MPLL和UPLL）的芯片时钟发生器MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率最高达到203。这个工作频率能够使处理器轻松运行于WINCE、Linux等操作系统以及进行较为复杂的信息处理。UPLL产生实现主从USB功能的时钟。S3C2410X将系统的存储空间分成组（肚正），每组大小128，共1Gank0到Bank5的开始地址是固定的，用于ROM和SROM。Bank和ank7用于ROM、SRAM或SDRAM，这两个组可编程且大小相同Bank7的开始地址是ank的结束地址，大小灵活可变。最后，作者充分利用移动硬盘大容量的特
3、点，设计了一个基于S3C2410X的MPEG4播放系统。该系统便于携带，具有一定的实用价值。关键字：视频编码，MPEG-4，运动估计Abstract第一章、 绪论1. 介绍了多媒体的发展历程和研究意义从1984年CCITT研究组发布的第一个视频领域编码标准H.120开始，迄今为止已相继提出了众多国际标准。视频编码标准发展至今也有近三十年的历史，这段历史的一个转折点就是1988年CCITT所提出的H.261建议，从这个转折点开始，国际标准组织ITUT、ISO 等开始公布了一系列的以H.261为基础的视频编码标准，从此视频编码标准的编码方法统一采用了基于波形的混合编码方法。一些国际标准组织有联合图
4、像专家组（JPEG，Joint Photographic Experts Group），它是于1986年由ISO和CCITT 联合成立的。此外还有活动图像专家组（MPEG，Moving Picture Expert Group），它于1988年由ISO/IEC信息技术联合委员会组成；并分别在1991 年和1994年公布了MPEG-1 视频编码标准以及MPEG-2 视频编码标准。新一代视频编码标准H.264 于2003年3月由ITU-T 和ISO/IEC 正式提出，该标准实现了良好的压缩效率，同时对网络具备了良好的亲和性和兼容性，对实时系统的应用及其有帮助。不久的将来，国际视频组织即将推出HIV
5、C，即H.265，可想而知的是该标准的发布将会带来新一轮的研究热潮，对视频的发展和应用也会产生巨大的影响。数字视频技术是信息领域最具发展活力的方向之一，是对人们工作和生活影响最为直接的技术领域。近年来，随着软硬件成本下降以及通讯技术的进步，视频应用的需求越来越大。诸如数字视频点播、高清数字电视、视频会议、网络流媒体、远程监控、无线多媒体通信、IPTV（Internet Protocol Television）等应用，已经为越来越多的人所接受和熟悉。众多精彩的新应用目前也处于设计或前期部署中，例如新一代高清Blu-rayDVD（Digital Versatile Disc）、数字视频广播、高清视
6、频电话等。面对大量涌现的视频数据以及更高的视觉质量要求，视频编解码技术也得到了迅速地发展，并且日趋成熟，其标志是多个视频标准的制定和颁布。然而传统的视频标准有一定的不足之处，针对这种现象本文旨在研究一种更为先进的技术压缩标准MPEG-4.MPEG-4不只是具体压缩算法，它是针对数字电视、交互式绘图应用（影音合成内容）、交互式多媒体（资料抽取与分离）等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准它能满足三种族群的需求一多媒体内容创作者、网络服务供货商和终端消费者。对多媒体内容创作者而言，MPEG-4使多媒体内容更加多元化、更具有弹性，且多媒体组件更容易被再利用。它能将现今各自发展的技术及应用如互联网、动
7、画、视频、音频、交互电视等整合至单一架构之下，进而提供更佳的资源管理方法和保护著作权的机能。对网络服务供货商而言，MPEG-4是透明度很高的信息传递工具。它可以藉由与其它国际标准的兼容相通而存在于各种形式网络上，如宽带电信网络、有线电视网络以及无线传输等，尤其在单纯以视音频传输为主的应用中。对终端消费者而言，MPEG-4能让消费者在原创作者限定的操作功能范围之内，与节目内容中的对象交互，体会前所未有的娱乐效果。而且在低传输率、移动式的网络中，MPEG-4能使多媒体应用得以发挥。这包括了交互式多媒体广播和移动通讯等MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环
8、境提供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。第二章、 多媒体系列标准视频压缩编码标准主要包括两个部分，一个是由国际电信联盟(ITU)所制定的H26x系列标准，另一个是由国际标准化组织(International Standardization OrganizationISO)和MPEG组织(Moving Picture Expert Group)所制定的MPEGx系列标准。这些视频编码标准都是为了应对不同领域中对数字音频和数字视频的不同要求而制定的。第一个视频编码国际标准由CCITT公布于1984年，距今已有28年了。例如，3G时代的来临带
9、来了一个非常重要的概念，即可视电话。由于打破的距离的障碍，在有限的带宽上实现了实时视频的传输，该技术一直被认为是一种非常理想的通信技术，可近30 年来至今仍未能得到广泛的普及，这是因为满足带宽要求所付出的代价极高，从而造成性价比不高。H.264 视频压缩标准由ITU-T/ISO 于2003年3月正式公布，同以往标准相比它具有非常优秀的性能，受到了普遍的认可。通过每项性能指标的对比可以发现，在同样视频质量下将H.264与H.263或MPEG-4进行对比发现H.264的数码率降低了接近一半的倍数；或者说在码率相同的条件下，信噪比提高很大。正是因为H.264所体现出的良好性能使得其在国际上受到了广泛
10、地认可和重视。下面按时间顺序对几个重要的视频编码标准作简单介绍1：1MPEG-1标准及MPEG-2标准MPEG-1标准出版于1992年，是一个获得广泛成功的视频编解码器，能够近似VHS录像带的质量或更好地将比特率设定为约1.5 Mbit/s。比特率范围覆盖了约1-2 Mbit / s的。MPEG -1的缩写由运动图像专家组制定并被其发展。MPEG-1视频（IS 11172-2 ）是ISO/IEC JTC1组织的一个项目，于1993年获得批准。在技术功能方面，它增加了双向预测帧（B帧）和半像素运动（半像素运动已经在H.261的发展过程中提出来过，但当时被认为是过于复杂）。对数据进行随机访问的要求
11、和高效压缩造成了冲突，为了解决这个问题，MPEG-1定义了四种图像类型：I帧，P帧，B帧和D图像。在 更 高 的 比 特 率 操 作 时，它 提 供 比 H.261更 好 的 质 量。（比特率可能低于1兆位/秒，此时H.261的性能更好，因为MPEG -1并没有设计为能够运行在此范围内。）MPEG -2：在比特率，图像质量和知名度上更上一层楼。 MPEG-2被称为“21世纪的电视标准”，不管是标准清晰度还是高清晰度电视（SDTV和HDTV）。 MPEG-2视频（ISO 13818-2 / ITU-T的H.262 ）的目的是要包括MPEG-1，同时还要以更高的比特率提供高品质隔行扫描的视频源。M
12、PEG-2视频作为一个正式的ISO / IEC JTC1和ITU-T组织的联合开发项目，通常被认为是一个ISO标准，并在1994年年底完成。其主要新技术特点是高效处理隔行扫描图片和层次位使用的可扩展性。其目标比特率范围约为4-30 Mbit/s。2MPEG-4及MPEG-7标准MPEG-4标准正式公布于1998年12月。主要是为了满足窄带多媒体通信等领域的应用要求而制定，其传输码率也限制在64Kbps以下。MPEG-4压缩编码部分所采用的压缩方法的一个特点就是基于内容，使用基于内容的方法作为压缩编码的一个重点，这样做是可以将视频信息的应用从播放型扩展到可以进行基于内容的访问和操作型，丰富了视频
13、信息应用的领域和方式。 MPEG-4是一个开放型的标准，对标准中各种技术的具体实现算法不作规定，由此，研究者可以根据标准的要求制定出更新更优更快速的算法。可以将MPEG-4当做一个工具箱，随时加入新的想法以丰富这个标准。MPEG-7(多媒体内容描述接口)是对MPEG-4的进一步完善，是为了适应新一代的网络发展要求而制定的，为描述各种纷繁复杂的媒体信息做了一种标准化的规定，这样就为信息的描述与媒体内容建立了一对一更加紧密标准的联系，极大地方便了用户对各种信息进行检索和利用。3.H.263标准1996年3月，ITUT正式通过了H263国际标准。H.263（第1版）是ITU-T项目，并于1996年初
14、批准（技术内容在1995年年底完成）。是第一个专门用来处理非常低比特率视频的编解码器，其在这一领域的表现仍然是最优秀的。H.263是目前最好的实际视频通信的标准。原来的目标比特率范围约10-30 Kbit / s的，但在开发过程中扩大，大约为10-2048 Kbit / s。很明显，它可以在任何比特率优于H.261。主要应用于视频会议会议、可视电话等跟视频相关的通信业务。该标准的出现解决了视频通信领域的大难题，极大地推动了通信技术的发展，是视频通信领域的重大突破。新的H.263的关键技术特点是可变块大小运动补偿，重叠块运动补偿，运动矢量图片推断，三维的运行水平，最后可变长度编码，平均压预测，更
15、高效的开销信号（相对于H.261其特点有算术编码，半像素运动，双向预测。但第一个特征也包含在JPEG里，其他两个则在MPEG -1）。在非常低的比特率（例如，低于30 kbit/s），H.263可使用一半或不到一半的比特率编码达到与H.261相同的质量。在更高的比特率，例如，高于80千比特/秒，相比H.261它有能够提供更多中等程度性能的优势。亦见于下面的H.263 +。H263支持5种图像格式：Sub QCIF(128x96)、QCIF(176x144)、CIF(352x288)、4C(740x576)、16CIF(1408x1152)，采样格式为4：2：0。4H.263 +H.263 +：
16、技术上是H.263 的第二版。H.263 +项目添加了一些新的可选功能到H.263 。相比于以前标准的H.263+有一个显着的技术进步，它是第一个为无线或基于分组的传输网络提供高度的错误恢复的视频编码标准。H.263 +在压缩效率的研究、灵活的视频格式和可扩展反向兼容补充方面也增加了一些改进。它是在1998年1月由ITU-T批准，在1997年9月完成技术含量。它将H.263的有效比特率扩展到任何比特率和任何逐行扫描（非交错）图片格式和帧速率的范围上， H.263 +的性能在整个的任何现有标准范围内都是相对优越的。H.263 +项目的第一作者是H.263的编辑也是ITU-T的高级视频编码专家组（SG16Q15）开发员（主席）。 5H264AVC标准2003年3月继H263标准之后，联合
