面向IP网络的视频编码及鲁棒传输的研究

摘要

基于TCP/IP协议的IP网络提供“尽力而为”的服务，网络的时延、丢包率和带宽等没有保障，视频业务对差错有一定的容忍，但是对时延不可容忍，本文依据视频业务特点和网络特性，重点研究基于H.264视频编码标准面向IP网络上鲁棒编码特性和鲁棒传输的技术。 在分析了面向存储得视频编码技术基础上，重点研究了面向网络传输的视频编码标准H.264新特性，为了使视频适应各类网络中鲁棒传输，该标准从结构上分为视频编码层和网络适配层，首先采用仿真方法研究其编码性能特性，对H.264建议采用的新技术：运动补偿块尺寸组合、多参考帧、熵编码进行了仿真研究，实验结果表明，这些新技术的采用大大提高了视频的编码性能，并为实现视频鲁棒传输具有参考意义。 其次，研究了H.264视频编码标准适合网络传输新特性：参数集、灵活的宏块排列、数据分割等错误恢复工具，通过仿真实验，证明这些新特性的应用极大提高了视频抗差错能力，在此基础上，建立IP网络丢包数学模型，在全局率失真框架内提出了联合信源/信道编码的容错打包机制，通过仿真实验，所采取的差错弹性机制具有一定的鲁棒性。 最后，构建了IP网络环境，实现了基于IP网络的视频实时动态采集、编码，在率失真框架下联合信源/信道实现容错打包传输，在客户端实时接收解压回放。本系统通过长时间的运行测试，在CIF格式下，网络延迟小于1秒，传输速率18帧/秒，可以广泛的应用于视频远程监控、视频会议等场合。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1视频编码技术研究进展

1.1.1第一代视频编码技术

1.1.2第二代编码技术

1.2视频编码国际标准

1.2.1 H.264/AVC新一代视频编码标准

1.2.2 H.264/AVC视频压缩标准的市场前景

1.3视频传输研究进展

1.4课题研究的主要工作和内容安排

1.4.1主要工作

1.4.2内容安排

第二章H.264/AVC视频编码原理研究

2.1视频编码基本原理及基础知识

2.1.1预测编码原理

2.1.2变换编码

2.2 H.64/AVC编码原理

2.2.1帧内预测模式

2.2.2帧间预测

2.2.3变换、量化和后缩放

2.2.4熵编码

2.2.5环路去块滤波器

2.3 H.264/AVC的性能分析

2.3.1运动补偿块尺寸

2.3.2多参考帧预测模式

2.3.3.熵编码

2.3.4 1/4像素和1/8像素运动补偿实验

2.4小结

第三章H.264视频流在IP网上鲁棒传输的研究

3.1引言

3.2适用于视频传输的网络协议机制和性能参数

3.2.1 IP网络协议机制分析

3.2.2视频传输的网络性能参数分析

3.3 H.264/AVC标准的适应网络视频传输的免疫性和亲和性研究

3.3.1 VCL的错误恢复

3.3.2 H.264/AVC的网络适配层(NAL)的差错恢复机制(亲和性)

3.4 H.264/AVC视频流的抗差错性能和编码性能实验

3.4.1 SSM与DPM模式抗差错性能实验

3.4.2 SSM与DPM模式编码性能实验

3.5联合信源/信道的组合差错弹性机制方案的提出

3.5.1当前差错控制研究现状

3.5.2当前流量控制机制研究现状

3.5.3联合信源/信道的组合差错弹性机制方案

3.6基于率失真理论的H.264压缩视频流传输

3.6.1率失真理论

3.6.2端到端率失真度的计算问题

3.6.3基于Lagrange优化算法的H.264编码控制模型

3.7仿真实验

3.8小结

第四章基于H.264/AVC的网络传输的实现

4.1引言

4.2网络通信端口Socket

4.2.1 Linux下的Socket

4.2.2 Windows的WinSock

4.2.3网络程序的基本流程

4.3传输控制命令机制

4.3.1服务器的套接字的定义及实现

4.3.2终端与服务器的通信实现

4.3.3客户端与服务器的通信实现

4.4客户端与终端视频传输实现

4.4.1基于Lagrangian优化算法的码率控制。

4.4.2基于容错打包机制的视频传输。

4.5本系统性能分析与评价

第五章总结及展望

参考文献

致谢

附录A发表论文清单

附录B攻读硕士期间参与科研项目及学术会议