H.264在城市轨道交通视频监控中码率控制的研究

摘要

城市轨道交通视频监控是城市公共安全领域的重要保障手段，也是视频监控领域的一个研究热点。随着软硬件技术的不断进步，视频采样技术、视频压缩编码技术和视频传输技术的发展，城市轨道交通视频监控技术也得到了长足进步。H．264是国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)共同制定的新一代视频编码标准，它采用了一系列的新技术，显著的提高了编码效率，成为近年来最为高效的视频压缩编码标准。为了在有限的网络带宽、延时和缓存下取得较好的图像质量，必须采用适当的策略来控制编码器，将编码器的码率输出控制在一定的范围内，码率控制技术随之成为视频编码的关键技术之一，也是实现城市轨道交通视频监控高质量和高实时性要求的解决方法。 本文在探讨了城市轨道交通视频监控的发展现状后对于其所涉及到的关键技术进行了研究，重点介绍了视频压缩编码技术中的H．264编码标准，深入分析了码率控制的基本原理，讨论了视频编码中产生码率波动的原因，介绍并总结了当前主流编码标准的码率控制算法，其中对H．264的码率控制算法进行了详细分析，对GOP层、帧层和基本单元层三个层次的码率控制进行分析，完全剖析了H．264码率控制算法的原理和步骤。 在现有的H．264码率控制技术研究成果的基础上，结合城市轨道交通视频监控的实际需求，本文提出了一种基于线性回归的H．264码率控制算法。该算法利用线性回归的思想建立了QP—PSNR的线性模型和R—ρ—Eρ—EQP—QP线性模型，可以为视频序列中的I帧和P帧快速的计算出更为精确的量化参数QP，大大简化了计算的复杂度，克服了现有H．264码率控制算法在运算效率上的不足，实现更为有效的码率控制。实验结果表明，与现有的两种H．264码率控制算法相比，基于线性回归的算法在码率错误估计、视频质量和缓冲区占有率等方面都凸现出优势，满足轨道交通视频监控中的高质量和高实时性的要求。 在以上的理论基础上，论文提出了城市轨道交通视频监控的总体设计方案，为轨道交通视频监控的实现给出了系统设计和设备分配的参考方案。结合方案设备选型实现了一个基于线性回归码率控制算法的视频监控系统，为城市轨道交通视频监控系统的研究实现做了有目的的尝试，以此证明方案的可行性和基于线性回归码率控制算法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2城市轨道交通视频监控的发展

1.2.1视频监控系统的软件和硬件发展

1.2.2城市轨道交通视频监控的国内外研究现状

1.2.3城市轨道交通视频监控的发展趋势

1.3论文研究的内容和意义

1.3.1研究内容

1.3.2研究意义

1.4论文的组织和安排

第二章城市轨道交通视频监控中的关键技术

2.1视频采集技术

2.1.1数字视频的采样格式

2.1.2摄像机与视频采集卡

2.2视频压缩编码技术

2.2.1视频压缩标准介绍

2.2.2图像压缩技术分类

2.2.3视频压缩基本步骤

2.3视频监控传输网络

2.3.1无线局域网通信技术

2.3.2无线局域网的标准

2.3.3无线局域网的安全性

2.3.4无线局域网和其他无线网络的比较

2.4视频传输协议

2.4.1 RTP/RTCP

2.4.2基于RTP的传输控制算法

2.5本章小结

第三章H.264码率控制算法研究

3.1码率控制的原理

3.2率失真理论

3.3信源模型

3.4经典的码率算法

3.4.1TM5码率控制算法

3.4.2 VM8码率控制

3.4.3TMN8码率控制

3.5 H.264的码率控制算法

3.5.1术语表

3.5.2 H.264码率控制概述

3.5.3 GOP层码率控制

3.5.4帧层码率控制

3.5.5基本单元层码率控制

3.6本章小结

第四章基于线性回归的H.264码率控制算法

4.1算法的主要思想

4.2算法的具体步骤

4.2.1线性模型的建立

4.2.2目标比特的确定

4.2.3量化参数的确定

4.2.4算法实现的步骤

4.3算法的实验分析

4.3.1码率估计错误的比较

4.3.2视频质量的比较

4.3.3缓冲区占有率的比较

4.4本章小结

第五章H.264在城市轨道交通视频监控中码率控制的实现

5.1监控系统的总体设计

5.1.1系统的基本功能

5.1.2设计依据

5.1.3系统的框架设计和分析

5.1.4系统关键设备的选型

5.2基于线性回归的H.264码率控制的实现

5.2.1实现过程

5.2.2效果展示

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1本文总结

6.2下一步展望

参考文献

研究生期间的发表的论文

致谢