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基于H.264的航拍视频实时压缩系统

作　者: 李枫
导　师: 刘琼昕；高春晓
学　校: 北京理工大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无人机航拍 实时压缩 H.264 x264 ARM Linux
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 55次
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内容摘要


人类75%的信息来自视觉系统。随着信息技术的发展和人们日益增长的需求,视觉系统在人们生产和生活中的应用越来越受关注,并逐步得到实现和应用。由于人类自身的局限性以及对实时性信息的需求,使得无人机实时航拍应用和技术不断得到发展。无人机航拍所采集的视频数据一般较大,若需要实时通过网络传回到地面,就会受限于无线网络传输速率不高和稳定性较差的情况,所以需要首先对视频数据进行实时压缩。基于上述目的,本项目研究了一套完整的方法进行实验。视频压缩技术很多,例如MPEG系列,但是H.264视频压缩技术在压缩效率和网络亲和性方面强于其他压缩技术。无人机载重一般不大,所以本项目采用嵌入式系统作为H.264算法的运行平台。嵌入式系统采用ARM处理芯片和开源的Linux操作系统。由于ARM处理器的本身性能局限,所以本项目在开发时采用了X86架构下的Intel CPU设备。由于ARM架构异于X86架构,所以在实验过程中需要交叉编译。经过实验,最终将H.264及相关软件移植到ARM实验板上,并成功采集、实时压缩、通过网络回传了视频数据。本项目针对实际目标对象的特性和实际需求,对原有的算法在帧内预测和帧间预测方面进行了改进,并同时对宏块划分采用了较为粗略的模式,提高了系统实时压缩编码速率。为了进一步提高编码起的性能,然后对H.264的参数进行了优化,使得压缩速率接近实时性的要求。整个系统采用易于升级的模块化设计,提高了运行和开发效率,为模块向硬件流水线体系架构的并行系统部署奠定了基础。

全文目录


中文摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 选题研究  9-11
    1.1.1 背景分析  9-10
    1.1.2 无人机航拍  10-11
  1.2 试验方法选型  11-16
    1.2.1 ARM  11
    1.2.2 H.264 及X264  11-15
    1.2.3 Linux  15-16
  1.3 工作内容  16-17
  1.4 文档结构  17
  1.5 小结  17-18
第2章 H.264 视频压缩技术研究  18-45
  2.1 概述  18-28
    2.1.1 基本概念  18-19
    2.1.2 编码器框架  19-20
    2.1.3 解码器框架  20-21
    2.1.4 变换量化  21-25
    2.1.5 熵编码  25-27
    2.1.6 NAL 封装  27-28
  2.2 帧内预测  28-36
    2.2.1 4×4 亮度宏块预测模式  29-31
    2.2.2 16×16 亮度宏块预测模式  31-33
    2.2.3 8×8 色度宏块预测模式  33-35
    2.2.4 帧内预测模式选择及预测模式的编码  35
    2.2.5 I 帧使用和宏块划分改进  35-36
  2.3 帧间预测  36-42
    2.3.1 帧间预测模式的宏块分割  36-38
    2.3.2 运动矢量的精度  38-39
    2.3.3 帧间编码过程  39-40
    2.3.4 MV 预测  40-41
    2.3.5 帧间预测改进  41-42
  2.4 码率控制  42-43
  2.5 实验结果  43
  2.6 小结  43-45
第3章 系统设计与实现  45-77
  3.1 环境设计  45-54
    3.1.1 开发环境的硬件结构设计  45-48
    3.1.2 测试环境的硬件结构设计  48-49
    3.1.3 软件环境设计  49-53
    3.1.4 模块化设计  53-54
  3.2 系统总体设计  54-58
    3.2.1 功能模块介绍  54-55
    3.2.2 框架流程介绍  55-58
  3.3 视频采集设计  58-62
    3.3.1 采集控制子模块  59-60
    3.3.2 设备操作子模块  60-61
    3.3.3 地址映射及双缓存技术  61-62
  3.4 视频压缩设计  62-72
    3.4.1 总体介绍  62-63
    3.4.2 编码器框架  63-65
    3.4.3 帧编码函数  65-66
    3.4.4 宏块分析函数  66-67
    3.4.5 宏块编码函数  67-68
    3.4.6 x264 参数分析及试验  68-72
  3.5 视频传输设计  72-75
    3.5.1 模块概述  73
    3.5.2 传输模块的控制子模块  73-74
    3.5.3 传输模块的操作子模块  74-75
  3.6 小结  75-77
第4章 结束语  77-79
  4.1 本项目总结  77
  4.2 需要改进的地方  77-79
参考文献  79-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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