基于JND模型的H.264算法及视频传输系统实现

摘要

随着互联网技术和流媒体技术的迅猛发展,使实时视频通信技术也取得了很大的进步。今天,实时视频传输系统已经广泛应用于军事指挥,安全监控,网络社交等多个领域[1]。与此同时,人们对视频的传输速度和视频的质量的要求也越来越高。要在有限的带宽条件下流畅的传输高质量的视频图像,就必须采用高性能的硬件和高效的编码算法。H.264是适用于低码率视频传输的新一代视频压缩标准,它比以往的编码标准的编码效率都要高,编码质量也更好,网络适应性更强。
　　本文首先对H.264编码标准进行了阐述,介绍了其中几个比较关键的编码技术,例如帧间预测、帧内预测、DCT变换和量化等,为本文后面将JND模型应用于H.264编码算法奠定了理论基础。
　　随后,本文介绍了人眼的亮度特性、空间频率敏感特性以及对比度掩蔽特性,然后根据Wei提出的应用于JPEG标准的JND模型,提出一种改进的应用于H.264标准的JND模型。本文JND模型的亮度自适应因子不是线性函数,而是抛物线,更加符合人眼的视觉特性,而且根据DCT系数的频率分量对宏块进行分类,计算出的对比度掩蔽因子更加准确,同时通过反复试验,对参考模型中的一些参数进行了修正,使模型适用于H.264的离散余弦变换。我们对JND模型的优劣进行了仿真测试,结果表明本文的JND模型性能良好。
　　接着,本文将JND模型应用于H.264编码算法,利用模型计算得到JND阈值来去除DCT系数中的视觉冗余,实验结果表明,添加JND模型之后编码大约节省了6％的编码码率;同时我们还利用JND阈值对H.264编码图像宏块时使用的编码模式进行筛选,缩小了模式选择范围,降低了编码计算量,提高了编码效率。
　　最后,本文利用虚拟机、FFMPEG、Jrtplib以及JND视觉模型搭建了一个仿真的实时视频传输系统,测试了系统的实时性;同时,利用大恒相机、FFMPEG、MFC、PC机实现了一个真实的实时视频传输系统,详细描述了系统软件的编写,并对软件的视频播放、视频保存、视频截图以及视频翻转等功能进行了测试,测试结果表明软件所有功能得到实现,系统运作正常。

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第一章 绪 论

1.1 研究课题的背景与意义

1.2 关键技术的研究历史与发展现状

1.3 论文的主要研究内容与结构安排

1.4 本章小结

第二章 H.264视频编码标准

2.1 H.264编码标准简介

2.2 H.264标准的层次结构

2.3 H.264的算法结构

2.4 H.264标准使用的关键技术

2.5 H.264标准的鲁棒性

2.6 本章小结

第三章 基于优化JND模型的H.264算法研究

3.1 人类视觉系统特性

3.2 目前常见的JND模型

3.3 优化JND模型的研究

3.4 本章小结

第四章 实时视频传输系统实现

4.1 基于JND模型的仿真视频传输系统

4.2 基于大恒相机的视频传输系统

4.3 本章小结

第五章 系统软件功能测试

5.1 视频播放测试

5.2 录制视频测试

5.3 翻转视频测试

5.4 视频截图测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果