H.264嵌入式流媒体视频播放系统研究与设计

论文摘要

随着数字通讯技术、视频压缩技术以及处理器技术的不断发展,利用便携式设备实现可视电话、视频会议、视频点播等业务成了学术界以及工业界的热点领域。而高效、实用的便携式多媒体终端设备融合了嵌入式技术、多媒体技术、流媒体技术等,是嵌入式领域研究的主要方向之一,使得对基于嵌入式流媒体技术实现视频的传输、解码、播放的研究更加迫切,具有理论意义和实践意义。通过对嵌入式、视频压缩、流媒体等技术的深入研究,提出了基于H.264的嵌入式流媒体视频播放系统设计方案。硬件方面,讨论了Xscale PXA255体系结构的处理器核的特点和优势,并在此硬件基础上进行了开发环境的构建,包括:建立嵌入式Linux系统的交叉编译开发环境、对Bootloader的启动过程进行分析,实现了Bootloader的移植,完成了Linux内核的配置和移植以及根文件系统的实现。软件方面,为实现H.264网络视频的实时播放,需要解决的问题包括:(1)H.264编码数据的传输、解析;(2)寻找高效的优化算法,减少解码器的计算复杂度。针对基于PXA255体系结构的纯软件解码的嵌入式系统平台,从H.264网络媒体实时播放的角度,对支持H.264的流媒体协议栈和H.264解码器优化这两个方而进行了研究。在对ARM处理器内部结构分析和H.264解码模块分析的基础上,在算法、结构和汇编等各个层次对客户端进行有效的优化,提高了系统的性能。优化使系统性能提高了6.1%,在图像分辨率为242x192,25帧/秒的视频格式下,优化后系统能够流畅播放的H.264/AVC码流比优化前约高100kbit/s。进而对H.264网络适应性的各方面技术进行了深入的分析,提出了一套支持H.264编码流传输、解析,具有可扩展框架的流媒体协议栈解决方案,其中着重介绍了H.264的分层结构、参数集、组帧模式等技术特点和实现方法,同时还介绍了流媒体协议栈具有可扩展功能的整体架构和各模块的接口设计。最后,把协议栈和解码器整合进播放系统,并设计了嵌入式平台上流媒体视频播放系统的测试方法,对所完成的系统的各个部分进行了相应的测试。测试结果表明,在该课题的软硬件环境下,视频播放系统基本实现了对H.264网络数据流的实时播放,解码后的视频图像具有良好的主观质量和客观质量,为嵌入式终端的流媒体应用打下了良好的基础。同时,由于引入了H.264标准,播放系统的网络播放性能得到了提高,达到了设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 目的与意义
• 1.3 嵌入式流媒体发展现状
• 1.4 研究内容
• 第二章 嵌入式流媒体视频播放系统总体方案
• 2.1 系统总体方案
• 2.2 系统硬件组成
• 2.3 系统软件框架
• 2.4 本章小结
• 第三章 嵌入式LINUX系统构建与移植
• 3.1 嵌入式LINUX操作系统
• 3.2 嵌入式LINUX开发环境的建立
• 3.3 BOOTLOADER设计
• 3.4 LINUX内核移植与根文件系统实现
• 3.5 嵌入式LINUX上层软件开发模式
• 3.6 本章小结
• 第四章 H.264解码技术及优化
• 4.1 H.264视频编解码技术
• 4.2 H.264解码器核心模块分析
• 4.3 H.264解码器移植
• 4.4 H.264解码器优化
• 4.5 优化结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 流媒体视频播放系统设计
• 5.1 H.264网络适应性技术
• 5.2 流媒体技术及相关协议
• 5.3 H.264视频的RTP载荷格式
• 5.4 H.264传输的流媒体协议栈的实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 测试平台构建
• 6.2 播放系统的测试与分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研情况