基于Windows CE和H.264的视频采集与传输系统的研究与设计

摘要

随着计算机技术、通信技术和多媒体技术的飞速发展，高质量的视频传输已逐渐成为数字通信网络的主要业务，将嵌入式技术与网络、通信和多媒体技术的相互融合将成为数字视频通信领域的发展趋势，有着广阔的发展前景。由于嵌入式数字通信系统的传输带宽有限，以往的视频压缩编码技术非常不利于实时传输高质量的现场视频。如何在现有的网络环境条件下实现视频采集、编码和传输一直是近年来多媒体技术领域关注的话题。为了能在有限的带宽条件下传输高质量的视频图像，视频编码专家组(VCEG)和活动图像专家组(MPEG)联合提出了新一代的视频编码标准H.264。该标准具有一系列先进的压缩技术，大幅提高编码效率，但同时也增加了编码的复杂度，成为制约H.264标准在嵌入式系统得到应用的制约因素。因此，在嵌入式系统上高效地实现H.264视频编码的研究极具挑战性。
　　 本文旨在利用H.264视频编码标准，在嵌入式平台上进行实时视频采集和传输系统的研究和开发。论文中采用基于三星公司s3c2440处理器的UTU-2440开发平台，提出一种基于嵌入式操作系统Windows CE和H.264视频编码技术的实时视频采集与网络传输系统的方案模型。
　　 论文着重论述了该视频采集和传输系统的总体设计及其实现。首先，简要讨论了嵌入式系统软硬件平台的选取，构建系统环境和应用程序开发环境；然后研究了Windows CE流接口驱动模型，设计出USB接口的摄像头驱动和解码程序，并结合开源编码器x264，制定出一组适合实时编码的优化和配置方案，实现从USB摄像头采集视频到将其编码为H.264格式数据；最后采用一种RTP协议和TCPIP协议相结合的数据传输和模糊控制方案。
　　 通过各功能模块集成，对基于嵌入式Windows CE的服务器端和基于Windows的客户端进行视频采集、编码、传输和回放等功能进行测试分析，以验证该系统的可用性和实时性。测试结果表明，在本课题的软硬件环境下，系统进行QCIF分辨率下的H.264视频采集、编码和传输速度可达12fps，且图像较好，可以满足准实时性要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外发展现状

1.2.1视频编码标准的发展现状

1.2.2嵌入式系统平台现状

1.3本文主要研究内容

1.4论文结构

1.5本系统的工作平台

第2章 嵌入式系统软硬件平台选取

2.1视频采集传输系统原理

2.2嵌入式系统硬件平台

2.2.1硬件平台简介

2.2.2 ARM处理器介绍

2.3嵌入式操作系统平台

2.3.1 Windows CE嵌入式操作系统

2.3.2 Windows CE嵌入式操作系统开发环境

2.4本章小结

第3章 视频采集模块的实现

3.1 USB总线及设备

3.1.1 USB总线标准

3.1.2 USB总线优点

3.1.3 USB总线拓扑结构

3.1.4 USB传输类型

3.1.5 USB设备

3.2 Windows CE USB设备驱动模型

3.2.1 USB系统结构

3.2.2 USB设备驱动的入口函数

3.2.3 USB设备驱动流接口

3.3视频采集模块设计与实现

3.3.1导入USB设备驱动程序

3.3.2加载USB设备驱动

3.3.3卸载USB设备驱动程序

3.3.4 USB设备流接口函数设计

3.4.USB视频流数据处理和显示

3.4.1查找图像帧

3.4.2图像解码

3.4.3调用视频采集模块

3.4.4图像显示

3.5本章小结

第4章H.264视频编解码技术

4.1 H.264编解码结构分析

4.1.1编码器结构

4.1.2解码器结构

4.2 H.264编解码关键技术

4.2.1 H.264分层结构

4.2.2多种帧内预测和帧间预测模式

4.2.3整数变换和量化

4.2.4熵编码

4.3视频编解码器移植及优化

4.3.1编码器选择

4.3.2编码器移植

4.3.3编码器优化

4.3.4解码器选择和集成

4.4本章小结

第5章 视频实时传输

5.1网络传输模型

5.1.1网络层协议

5.1.2传输层协议

5.2实时传输协议

5.2.1 RTP数据协议

5.2.2 RTCP实时传输控制协议

5.3 H.264视频流网络传输控制方案

5.3.1 RTP协议实现

5.3.2图像数据传输

5.3.3传输质量反馈控制

5.3.4重要参数传输和操作控制

5.4本章小结

第6章 系统集成与验证

6.1系统软件集成

6.1.1服务器端软件集成

6.1.2客户端软件集成

6.2系统验证

6.2.1验证环境搭建

6.2.2系统验证项目

6.2.3系统验证结果

6.3本章小结

第7章 结束语

7.1主要研究内容和特色

7.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果