H.264标准中SP帧无缝切换技术的研究与实现

论文摘要

近年来,随着宽带网络的发展和多媒体技术的进步,以及用户对网上多媒体信息需求的增长,视频流媒体技术受到了越来越多的关注。为了提高压缩效率和增加网络友好性,H.264视频编码标准引入了一些新特色,其中包括新编码类型SP帧（和SI帧）,SP帧（SP,Switching Predictive-frame）的主要特色:不同参考帧可以解码出相同重构帧。因此利用SP帧技术生成的码流,能够在不同码率的码流间进行无缝切换,从而服务器能够根据用户的连接速度提供最好质量的服务。 本文论述了一个基于SP帧技术的码流无缝切换系统的设计与实现。在该系统中,首先,对SP帧的性质和编解码方案做了深入研究。假定同一个序列以不同的码率编码成两个码流,在每个码流中切换点位置处的图象编码成SP帧,称为Primary SP帧,对于每个Primary SP帧,有个相应的Secondary SP帧,这个Secondary SP帧与Primary SP帧有等同的重构帧,Secondary SP只在码流切换时发送（称为切换帧）。H.264标准的JM模型只实现了Primary SP帧的编解码,一次编码仅完成一条码流,而对Secondary SP帧的编码环境设置和编码算法都没有实现。本文从JVT提案描述的Secondary SP帧的粗略框架出发,围绕“无缝切换”的中心目的,对图像的帧内宏块以“拷贝”的特殊形式编码,帧间宏块以新框架编码,同时对特殊的SKIP编码模式考虑适用性,以及滤波器的更新等,详细设计了一个Secondary SP帧的编码算法。 第二,针对“码流切换”的研究重点,本文提出了一种高效的智能流文件框架。从“快速,准确无误”的根本出发,对不同码率的基本码流块,码流间的切换帧块,关键帧块,在文件中进行合理安排。此框架所产生的智能流文件结构清晰,管理方便,适用于常见流媒体服务器。结合上述两个技术,最终实现了“一次编码可完成多条码流”且“多条码流可无缝切换”的系统。最后,本文对所做的工作进行了总结,并提出了下一步的研究内容。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 视频压缩对流媒体技术发展的重要意义
• 1.2 视频编码技术现有的应对策略与研究方向
• 1.2.1 自适应编码（Adaptive Encoding）
• 1.2.2 码流转换（Transcoding）
• 1.2.3 可扩展性编码（Scalable Coding）
• 1.2.4 码流切换（Streaming Switching）
• 1.2.5 联播（Simulcast）
• 1.3 本文的研究内容和主要工作
• 第二章 H．264标准中SP帧的视频编码技术
• 2.1 H．264的视频编码技术
• 2.1.1 帧内预测
• 2.1.2 帧间预测
• 2.1.3 运动补偿
• 2.1.4 具有运动补偿的帧间预测
• 2.1.5 环路滤波
• 2.1.6 整数变换
• 2.1.7 量化
• 2.1.8 熵编码
• 2.2 H．264标准中的 I帧，P帧，SP帧的编码类型
• 2.3 各帧类型编码性能比较的实验结果与分析
• 2.3.1 I帧，P帧，SP帧三种帧类型的编码效率的比较
• 2.3.2 周期插入 I帧或 SP帧的性能比较
• 2.4 SP帧的其它应用
• 2.4.1 码流拼接，随机访问
• 2.4.2 快进快退
• 2.4.3 错误恢复
• 第三章 基于 SP帧的智能流文件的设计方案
• 3.1 智能流文件的设计要求
• 3.2 关键帧采用 SP帧的码流切换过程
• 3.3 智能流文件的布局
• 3.3.1 HST文件结构
• 3.3.2 HST文件头数据结构
• 3.3.3 可切换流中帧索引单位数据结构
• 3.3.4 可切换流
• 3.3.5 Secondary SP帧块中帧索引单位数据结构
• 3.3.6 2SP帧块
• 第四章 基于 SP帧无缝切换应用的实现
• 4.1 关键帧采用 S帧完成码流切换
• 4.2 SP帧的编码思想及无缝切换原理
• 4.3 SP帧的详细编码方案
• 4.3.1 Intra宏块的编码
• 4.3.2 Inter宏块的编码
• 4.3.3 环路滤波过程
• 4.4 Secondary SP帧的解码过程
• 4.4.1 亮度变换系数的解码过程
• 4.4.2 色差变换系数的解码过程
• 4.5 切换流编码平台的实现
• 4.6 实验结果与分析
• 第五章 结束语
• 5.1 结论
• 5.2 下一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历