MPEG-2视频码率转换算法研究与地面电视信道仿真

论文摘要

论文主要对MPEG-2 视频码率的实时转换算法进行了研究与实现,同时,介绍了作者完成的SMCC-plus 系统的仿真工作。论文首先分析了数字电视的发展近况,并简要介绍了MPEG-2 标准。随后对课题涉及的码率转换器的结构及算法（即:DCT 系数的处理与率控制算法）做了详细的论述,并且对文献中已发表的算法做了分析与比较。在作了大量的仿真后,研究了MPEG-2 视频码流的二次压缩的可能性及方法,并在此基础上提出了一种实时的码率转换算法简称EQSP,该算法为MQSP 算法的改进算法。主要是在MPEG-2 编码器的结构、DCT 系数的处理与码率控制算法三个方面做了改进。特点在于:一方面简化了码率转换器的结构及DCT 系数的处理,使得其传输编码的效率有较大的提高;另一方面改进了MQSP 算法的码率控制算法。仿真结果表明,论文设计的码率转换算法对码流的二次压缩有较好的操控性,并且在码率转换的运算速度与信噪比损失的代价方面能够达到较好的平衡,满足应用要求。该工作为四川省广电网络公司的预研课题,目的是下一步在干线机顶盒上实现实时的码率转换,此工作由作者独立完成。另外论文第六章介绍了作者完成的数字电视地面传输标准（SMCC-plus）系统方案仿真工作（方案由电子科技大学提出）,并详述了仿真的软件和硬件平台、C 语言向SPW 的移植方法、模块的编写以及对所搭建系统的发射机与接收机中的部分重要模块的算法改进。最后给出了该系统的整体结构及仿真测试结果。作者在进行研究生课题期间主要完成以下工作:独立完成了基于单环结构传输编码器的C 代码编写。提出了一种实时的码率转换算法EQSP,并完成了在PC 机环境下的 算法仿真。完成了基于LINUX 的SPW 通讯仿真环境的安装与调试。提出并实现了对若干模块的算法改进;编写了信道估计与均衡模块 的C 代码;完成将全部算法模块从C 语言向SPW 的移植。完成在SPW环境对SMCC-plus数字电视地面传输标准方案的整个仿 真系统的搭建,并完成系统的联调。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 我国数字电视广播的发展概况
• 1.2 论文选题依据及研究工作
• 1.3 论文结构
• 第二章 实现 MPEG-2 码流码率转换的基础
• 2.1 MPEG-2 视频压缩技术概述
• 2.1.1 框架和级别
• 2.1.2 视频压缩编码的数据结构
• 2.2 MPEG 视频压缩的特点
• 2.2.1 MPEG 视频压缩技术的应用性
• 2.2.2 压缩编码的精髓
• 2.2.2.1 时域冗余量的减少
• 2.2.2.2 空域冗余量的减少
• 2.3 视频码流的编码过程
• 2.3.1 I 帧编码
• 2.3.2 P 帧和B 帧编码
• 2.4 视频码流的解码过程
• 2.4.1 扫描与反扫描
• 2.4.2 反量化
• 2.4.3 运动补偿过程
• 第三章 常用的码率转换方法
• 3.1 通常的码率转换的结构
• 3.1.1 双环结构
• 3.1.2 单环结构
• 3.2 通常的码率变换的算法
• 3.2.1 DCT 再量化的预处理
• 3.2.2 码率控制策略
• 3.2.2.1 TM5 算法
• 3.2.2.2 率失真优化算法
• 3.2.2.3 QSP 和MQSP 算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 EQSP 算法的提出
• 4.1 码率转换的评价方法
• 4.2 MPEG-2 码流二次压缩的特性
• 4.3 MPEG-2 码流二次压缩的可能性与方法
• 4.4 不同结构的码率转换器的实时性比较
• 4.5 EQSP 算法的结构及其码率控制算法
• 4.5.1 基于量化误差补偿的码率变换器
• 4.5.2 DCT 系数的预处理
• 4.5.3 码率控制策略
• 4.5.3.1 基于帧级的率控制
• 4.5.3.2 基于宏块级的率控制
• 4.5.3.3 DCT 系数的零值控制算法
• 4.6 本章小结
• 第五章 EQSP 算法的仿真与结果分析
• 5.1 码率转换的C 语言实现
• 5.2 算法的仿真与分析
• 5.2.1 算法的有效性
• 5.2.2 算法的普遍性
• 5.2.3 EQSP 与MQSP 算法的比较
• 5.3 小结
• 第六章 SMCC-plus 方案的研究及其计算机仿真
• 6.1 系统仿真的已有工作基础
• 6.2 系统仿真的软件及硬件平台
• 6.3 MATLAB 程序与C 程序的移植
• 6.4 SMCC-plus 系统计算机仿真的实现
• 6.4.1 发射机的实现
• 6.4.1.1 TS 流的能量扩散处理
• 6.4.1.2 外编码（RS 编码）
• 6.4.1.3 外交织（时间交织）
• 6.4.1.4 内编码（卷积编码）
• 6.4.1.5 星座的映射与调制
• 6.4.1.6 形成帧结构
• 6.4.1.7 频域相关处理
• 6.4.1.8 插入长短PN
• 6.4.2 接收机的实现
• 6.4.2.1 同步
• 6.4.2.2 频域数据调整
• 6.4.2.3 信道估计与均衡
• 6.4.2.4 信道解码与TS 的解扰
• 6.5 本次仿真工作的测试结果
• 6.6 仿真工作的困难与问题解决办法
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 附录1:对比图象
• 附录2:发射机
• 附录3:接收机
• 附录4:测试系统
• 附录5:帧结构