基于H.264的视频图像编解码技术研究

目录摘要..............................................................1关键词..............................................................11前言.............................................................11.1课题研究背景...................................................11.2视频编解码的意义、目的及可行性.................................21.2.1视频编解码的意义、目的.......................................21.2.2视频编解码的可行性...........................................41.3视频压缩技术的国内外研究现状....................................51.3.1国内研究现状.................................................51.3.2国外研究现状.................................................61.4本论文研究的主要内容...........................................82视频编解码基础...................................................92.1视频信号的颜色模型.............................................92.2视频图像的基本格式............................................102.3视频压缩的基本编码技术........................................112.3.1信息熵编码..................................................112.3.2预测编码....................................................122.3.3变换编码....................................................123H.264视频编解码标准.............................................123.1H.264标准概述.................................................123.1.1标准框架....................................................133.2H.264标准的新技术.............................................133.2.1帧内预测....................................................133.2.2高精度的运动估计............................................133.2.3多模式宏块划分..............................................143.2.4整数DCT变换................................................153.2.5熵编码......................................................153.2.6去块效应滤波................................................153.2.7VCL/NAL.....................................................163.3H.264编解码器.................................................163.3.1H.264的视频编码器...........................................163.3.2H.264的视频解码器...........................................173.4H.264的关键算法...............................................183.4.1运动估计算法................................................183.4.2帧间预测算法................................................194基于H.264的视频监控系统实验演示平台的设计......................194.1引言..........................................................194.2编码器的选择..................................................204.2.1两大开源编码器..............................................204.2.2性能测试....................................................204.3解码器的选择..................................................224.4演示平台设计..................................................234.5实验演示......................................................265结论............................................................26参考文献...........................................................27致谢............................................错误!未定义书签。1基于H.264的视频图像编解码技术研究摘要:目前对静止图像和视频序列图像的编解码技术的应用越来越广泛，图像编解码技术己经成为电视广播、视频监控和多媒体娱乐等中最重要的一部分。由ITU-TVCEG和ISO/IECMPEG联合组成的JVT开发的H.264/MPEG14496-10AVC(文中后面将统一称其为H.264)是最新一代的视频编解码标准，也是目前图像通信领域研究的热点。作为视频编解码领域的最新标准，H.264具有压缩率高、差错恢复能力强、适用范围广等优点。为达到理想的数据压缩率，H.264编码器采用了很多新的编码算法，这些算法极大地增加了编码器的计算复杂性，使其目前在PC环境下的应用受到很多限制。本文主要分析了H.264标准的原理，最后开发了基于H.264的视频监控系统的演示平台。关键词:H.264；视频编解码；差错恢复；视频监控ResearchonVideoCodingAndDecodingTechnologiesBasedonH.264Abstract:Atpresentvideocodinganddecodingtechnologiesforstillimageandvideosequenceiswidelyusedinbroadcasttelevision,videosurveillanceandhomeentertainment.H.264|ISOMPEG4Part10ofMPEG4standardisanewgenerationvideocodinganddecodingtechnologiesforlowbit-ratevisualcommunications,whichwasdevelopedbyJointVideoTeam(JVT).JVTismadeupofITU-TVideoCodingExpertsGroup(VCEG)andISO/IECMotionPictureExpertsGroup(MPEG).H.264standardanditskeytechnologieswereanalyzed.Asthelateststandardinvideocodecfield,H.264hassuchadvantageashighcompressionrate,strongerrorresiliencecapacity,highlyadaptabilityandsoon.Inordertogaingoodcodingresult,H.264adoptssomanynewalgorithmsthattheamountofcalculationincreasedrastically.Asaresult,itsapplicationsinPCenvironmentarerestricted.thedissertationstudiedtheH.264'scodecmodel.Atlast,videosurveillancesystemdemonstrationprogrambased-onH.264wasimplemented.Keywords:H.264；videocodinganddecoding；errorresilience；videosurveillance1前言1.1课题研究背景近年来，随着网络技术、传输技术和视频编解码等相关技术的不断发展，视频监2控系统在智能交通、智能楼宇、银行、商场超市、医院校园、企业生产和生活小区等范围内得到了广泛应用，已经渗透到了生产生活中的各个领域，具有直观、方便和信息量丰富等特点。视频监控系统随着相关技术的不断进步和发展，经历了三个发展阶段:(1)模拟监控，视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行模拟处理；(2)半数字监控，视频仍以模拟方式采用同轴电缆进行传输，但数据通过硬盘录像机(DVR)进行处理、存储；(3)网络多媒体的数字视频监控，被采集的视频信号被数字化，经过压缩编码在数字通讯线路上进行传输，采用流媒体技术实现视频在网络上的多路复用传输。视频监控系统将现场的图像和声音全天候地记录下来，并实时地传送到控制中心，可以使相关管理人员对各个现场情况了如指掌，对出现的各种情况进行处理，而且还可以在需要的情况下回放相关的历史资料。因此，视频监控系统对安防、管理等提供了极大的方便。对其展开研究具有重要的理论意义和实际价值。视频监控需要将采集到的数据进行压缩编码，然后在网络中安全可靠的传输，在接收端进行解码回放，整个系统最关键的就是要保证监控的视频质量，如果画面模糊，无法分辨，就失去了监控的目的。而且由于视频监控系统的数据量庞大，需要在保证图像质量的情况下有大的压缩比，这样可以占用更小的带宽和存储空间，节约成本。所以视频图像压缩技术是视频监控系统中最关键的技术。自1980年以来，国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)和国际电信联盟(ITU)下属的国际电报电话咨询委员会(CCITT)陆续完成了各种数据压缩与通信的标准和建议，如MPEG系列和H.26X系列。而且，目前针对上述不同的部分标准在实际中都得到了一定的应用。本文主要针对由ITU-T和ISO/IEC联合开发的最新一代的编解码标准H.264进行研究。并开发了基于H.264的视频监控系统的演示平台。1.2