基于嵌入式Linux操作系统的MPEG-4解码器的研究与设计

论文摘要

多媒体应用领域的不断拓展，需要能在保证高质量的同时又具有更低的码率的视频压缩技术。MPEG-4以其低码率、基于对象的可操作性等特点近年来在多媒体领域表现出巨大的应用潜力。基于简单框架（Simple Profile，SP）的MPEG-4视频标准兼顾了码率与视频质量的要求，能在低码率、高压缩比的情况下获得较高的图像质量，同时其计算复杂较其他框架低，因此已经成为MPEG-4应用的主流。MPEG-4的应用是当今视频领域的一个研究热点，近年来在嵌入式应用，尤其是在便携式消费类产品中的研究与应用更是火热。 本文以研究MPEG-4解码器在嵌入式操作系统Linux下的研究与实现为背景，在详细分析了图像压缩编码常用算法和MPEG-4 SP视频编解码过程和算法的基础上，针对AVI视频加MP3音频的多媒体文件格式，采用音频控制视频与时间戳相结合的同步控制方式，完成了MPEG-4解码器的原型设计。同时针对嵌入式系统的优缺点，从通用C语言的层次和解码算法上提出了局部优化思路。 在文章的最后部分，对MPEG-4解码系统作了局部模块——嵌入式零树小波编解码的验证，该验证是在PC平台、VC++6.0环境下进行，同时将该算法与DCT算法进行了比较。比较结果显示，零树小波编解码算法具有高压缩比、高质量的复原图像、高信噪比等特点，同时也暴露了其占用系统资源过大、运算量非常大、复杂度高等缺点。 经上述研究表明，MPEG-4具有高压缩率、较好的视频质量、时域和空域的可伸缩性等诸多优点，同时也有运算量大、系统资源要求较高、算法复杂度高等缺点。对于在资源相对较少的嵌入式系统中实现实时的MPEG-4解码来说，还需对MPEG-4算法以及应用平台等进一步优化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 蓬勃发展的信息社会
• 1.1.2 数字音视频技术的发展及相关编码标准的制定
• 1.1.3 论文选题的背景与意义
• 1.1.4 MPEG-4解码器国内外现状
• 1.1.5 课题研究的难点
• 1.1.6 本论文的结构安排
• 第二章 数字图象压缩编码的基本原理及方法
• 2.1 数字图像基础
• 2.1.1 数字图像的描述
• 2.1.2 数据压缩的必要性
• 2.1.3 图像数据压缩的信息论基础
• 2.1.3.1 信息量与熵
• 2.1.3.2 互信息量与条件熵
• 2.1.3.3 率失真函数
• 2.1.4 图像数据压缩的发展及现状
• 2.2 数据压缩的常用算法概述
• 2.2.1 第一代压缩编码算法
• 2.2.1.1 熵编码
• 2.2.1.2 变换编码
• 2.2.1.3 预测编码
• 2.2.1.4 矢量量化
• 2.2.1.5 运动补偿
• 2.2.2 第二代压缩编码算法
• 2.2.2.1 分形编码
• 2.2.2.2 模型编码
• 2.2.2.3 小波编码
• 第三章 MPEG-4图像压缩标准及编码器核心技术
• 3.1 MPEG-4标准
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 MPEG-4标准的构成
• 3.1.3 MPEG-4标准的主要构成部分
• 3.2 MPEG-4编码原理
• 3.2.1 编码思想
• 3.2.2 场景的多媒体目标描述
• 3.2.3 视频目标编码
• 3.2.4 基于VOP的编码
• 3.3 MPEG-4核心技术——视频编码器的实现
• 3.3.1 形状编码
• 3.3.1.1 编码原理
• 3.3.1.2 二值alpha平面
• 3.3.1.3 BAB的编码
• 3.3.2 纹理编码
• 3.3.2.1 8x8子块二维DCT变换
• 3.3.2.2 码率控制和量化步长选择
• 3.3.2.3 熵编码
• 3.3.3 运动估计和补偿
• 3.3.3.1 填补过程
• 3.3.3.2 运动估计
• 3.3.4 静止图象编码
• 3.3.4.1 概述
• 3.3.4.2 小波变换原理
• 3.3.4.3 MPEG-4的静止图象压缩编码
• 3.3.5 可分级扩展编码
• 3.3.6 Sprite编码
• 3.4 MPEG-4视频标准的应用
• 3.4.1 MPEG-4的档次和级别
• 3.4.2 MPEG-4应用分类
• 第四章 基于嵌入式LINUX的MPEG-4软件解码器
• 4.1 嵌入式LINUX
• 4.1.1 Linux与嵌入式Linux
• 4.1.2 嵌入式Liunx
• 4.2 MPEG-4软件解码器的设计
• 4.2.1 MPEG-4 SP视频解码器
• 4.2.2 MPEG-4运动解码的基本过程
• 4.2.3 MPEG-4解码器软件总体流程
• 4.2.4 MPEG-4 SP视频解码用到的几个主要数据结构
• 4.2.5 解码器各模块的具体介绍及实现
• 4.2.5.1 码流分解
• 4.2.5.2 运动纹理解码
• 4.2.5.3 静态纹理对象解码
• 4.2.5.4 运动补偿
• 4.2.5.5 后处理
• 4.2.5.6 输出格式转换
• 4.2.6 MPEG-4音频解码器设计
• 4.2.6.1 MP3解码原理
• 4.2.6.2 MP3文件格式
• 4.2.7 AVI视频文件格式
• 4.2.7.1 AVI文件格式
• 4.2.8 MPEG-4 SP音视频解码同步的实现
• 4.2.8.1 同步的概念
• 4.2.8.2 解码和播放的同步
• 4.2.8.3 音视频之间的同步
• 4.2.8.4 音视频同步的软件设计流程
• 4.2.9 基于MPEG-4 SP框架、采用AVI视频 + MP3音频软件解码器的总体设计
• 4.3 解码器优化
• 4.3.1 解码算法的部分模块优化
• 4.3.2 通用 C层次上的优化
• 第五章 实验数据及结果分析
• 5.1 嵌入式零树小波编解码实验数据
• 5.2 与 DCT对比实验
• 5.3 小结
• 第六章 总结
• 6.1 论文完成了以下工作
• 6.2 本论文的独特之处
• 6.3 存在的问题及进一步的工作设想
• 致谢
• 主要参考文献
• 附录: 作者在校期间发表的论文
• 原创性声明
• 关于学位论文使用授权的声明