IMS中的实时视频处理技术研究与实现

论文摘要

IP多媒体子系统由第3代移动通信合作计划组织在R5版本中首次提出。它是提供IP多媒体业务的核心网逻辑功能实体的总称。IMS通过资源授权和资源预留等机制在网络中实现服务质量保证，支持话音、数据和多媒体业务以及新的应用。IMS支持有线与无线接入的融合以创建单一的通信网络基础，终端采用不同的接入方式访问基于IMS的各种服务，为用户提供无缝的移动服务体验。研究表明，50％以上的有效信息来自于视觉交流。提供视频内容的通信业务，是通信技术发展的潜在动力。3G开创了无线通信与因特网融合的新时代，由此产生的无线IP多媒体业务必将成为未来无线移动通信产业的利润增长点。传送有一定QoS保证的实时视频将是无线IP多媒体业务的核心内容。无线信道是一个时变信道，抗干扰能力差，网络带宽有限；加之移动终端的处理能力也较有限，使得传统的视频编码和传输技术受到挑战。IMS采用基于服务的本地策略机制确保了IP业务在接入网和核心网内获得足够的资源，克服了无线信道的缺陷。本课题源自某公司开发的多媒体即时通信系统。该项目在无线移动终端上实现基于IMS的多媒体会话系统，通过SIP协议与位于核心网内的多媒体SIP应用服务器通信，建立具备端到端QoS的多媒体会话。项目旨在验证IMS在2.5G中的可行性以及可用性，同时进一步评估将在3G时代出现的IMS会带来的新业务价值。作者在该项目中主要负责实时视频媒体栈的开发与实现，包括视频输入、视频编码、视频传输与视频播放。为了降低系统难度，作者在视频编码和视频传输部分采用了开源项目提供的两个开发包。针对本系统面临的特殊问题，对libavcodec开发包的编码码率控制算法进行了优化。实现了基于平均绝对差值代替均方差的码率控制算法，降低算法复杂度和编码器处理时间；引入滑动窗口选择编码帧，以获得平滑的图像质量。为了使课题的主旨更加明确，作者简化或省略了会话管理、图形用户界面等方面的设计与实现，主要分析IMS提供的多媒体服务质量保证机制以及移动终端提供的视频处理技术，优化编码器码率控制，实现基于IMS的实时视频应用原型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的意义与内容
• 1.3 课题来源和作者主要工作
• 1.4 章节安排
• 第二章 IP多媒体子系统
• 2.1 下一代移动通信网络
• 2.1.1 3G概述
• 2.1.2 网络融合
• 2.1.3 业务提供与业务质量
• 2.2 IMS体系结构
• 2.2.1 IMS概述
• 2.2.2 分层设计
• 2.2.3 呼叫会话控制功能
• 2.3 基于IMS的实时视频业务
• 第三章 视频应用的服务质量保证
• 3.1 网络提供的服务质量保证
• 3.1.1 基于策略的服务质量保证
• 3.1.2 基于服务的本地策略控制
• 3.1.2.1 资源授权
• 3.1.2.2 资源预留
• 3.1.2.3 参考模型
• 3.2 终端提供的服务质量保证
• 3.2.1 基于反馈的自适应技术
• 3.2.2 可分级编码
• 3.2.2.1 空间域分级编码
• 3.2.2.2 时间域分级编码
• 3.2.2.3 信噪比分级编码
• 3.2.2.4 细粒度分级编码
• 3.2.3 码流整形
• 3.2.4 接收端缓冲
• 第四章 系统架构设计
• 4.1 Streamed Multi-Media网络环境
• 4.2 系统软件架构
• 4.2.1 图形用户接口
• 4.2.2 SIP栈
• 4.2.3 媒体栈
• 4.2.4 系统软件结构示意图
• 第五章 码率控制分析与实现
• 5.1 问题描述
• 5.2 必要性与可行性
• 5.2.1 必要性
• 5.2.2 可行性
• 5.3 实现算法
• 5.3.1 帧率控制
• 5.3.2 量化参数调整
• 5.3.3 TMN8算法
• 5.4 Libavcodec开发库
• 5.4.1 Libavcodec编解码器
• 5.4.2 码率控制算法
• 5.4.3 优化措施
• 5.5 码率控制算法的实现
• 5.5.1 研究方向
• 5.5.2 采用平均绝对差值代替均方差
• 5.5.3 带有滑动窗口的帧率控制
• 5.6 测试结果及分析
• 5.6.1 编码时间分析
• 5.6.2 编码质量分析
• 第六章 模块设计与实现
• 6.1 视频捕获
• 6.1.1 色彩模型
• 6.1.2 色彩空间转换
• 6.1.3 Video4Linux视频API
• 6.1.4 具体实现
• 6.1.5 Video4Linux V2标准
• 6.2 视频编解码
• 6.2.1 编解码主要技术环节
• 6.2.2 H.263视频编码标准
• 6.2.3 具体实现
• 6.3 视频传输
• 6.3.1 实时传输协议
• 6.3.2 RTP报文格式
• 6.3.3 RTP净荷格式
• 6.3.4 RTP封装与重组
• 6.3.5 时延抖动
• 6.3.6 具体实现
• 6.4 视频播放
• 6.4.1 X窗口系统
• 6.4.2 Xlib开发库
• 6.4.3 GC与XImage
• 6.4.4 具体实现
• 6.5 其它模块
• 6.5.1 SIP栈
• 6.5.2 图形用户接口
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本论文研究总结
• 7.2 前景展望
• 7.2.1 视频编码标准H.264
• 7.2.2 传输差错控制技术
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、攻硕期间取得的研究成果