本系统开发工具：VC++

本设计包含内容：源代码+可执行程序+毕业论文+开题报告+答辩稿

论文大概：2万字 60页

用VISUAL C++实现MPEG编解码技术

摘要:MPEG(运动图像专家小组)是ISO/IEC的一个工作组,负责制定有关活动图像、音频及其组合的压缩、解压缩、处理和编码等方面的技术标准。MPEG-2编码/解码算法具有压缩比例高、还原画面质量好等诸多优点。利用这种标准制作的VCD己经得到极大流行。目前利用该标准研制的各类编解码硬件已广泛应用于生产和生活中,为人们的生活带来了诸多方便。但是一直以来软件编解码应用极其狭窄,因为软件编解码速度影响人们享受视觉盛晏,它的适时性约束它的发展。随着VLSI的发展,CPU的速度以每18个月翻一倍的速度增加,软件编解码逐渐引起人们的重视。

基于以上背景,我们提出了基于WINDOWS98平台用VISUAL C++实现MPEG-2的编解码研究课题,本课题的主要目标就是完成多种格式视频的编解码工作,且使编解码器具有压缩比例高,还原画面质量好等优点。

论文首先简要介绍了MPEG系列国际标准视频编解码技术的发展,对目前常用的视频压缩算法的性能参数进行了比较。阐述了视频编码流程,深入研究了MPEG-2国际标准编码算法的特征,对编码流程中的各模块进行了分析。重点介绍了MPEG-2编码系统的原理与结构,该系统以一组小的视频流为输入,经过视频压缩编码后输出,由于视频编码算法具有较高的效率,它的实时性较高,可与硬件相媲美。

最后,系统对输入的视频流有较好的自适应控制,使得进入解码缓冲区的比特流处于解码器可接受的范围,不至于产生上溢和下溢。这种自适应控制主要通过量化过程来控制,为保证比特流的顺畅,不惜牺牲画面质量。

关键词: 压缩编码,帧间编码,帧内编码,MPEG-2,DCT

2.1.2 限失真编码和率失真函数··· 6

2.2 图像压缩技术··· 10

2.2.1 预测编码··· 10

2.2.2 离散余弦变换(DCT)编码··· 11

3.2 MPEG-2系统层算法及层次模型··· 21

3.3同步机理··· 28

4 视频编码实现 30

4.1 MPEG-2视频压缩层算法结构··· 30

4.2 MPEG-2视频压缩层码流结构··· 40

4.3 MPEG-2视频编码函数调用关系图··· 41

1 1 综述

近年来.随着半导体工业的进步,计算机、广播和通信技术的发展.人类进入了信息社会。信息在社会生产,人们的生活中起着重要的作用。社会机器的运转、人们的工作和生活都离不开信息。对信息的获取、交换、处理、再现己经形成了一种产业,这就是信息产业。二十世纪末,整个世界掀起了信息产业的热潮。各国政府开始花巨资建设信息网络的基础设施。自1993年美国克林顿政府提出“国家信息基础设施(NNI)”计划后,西方七国又提出了“全球信息基础设施(GII)”计划,力图建立全球互通的信息高速公路。我国政府也加大了信息产业的建设力度,信息产业在中国蓬勃的发展。可以预见:在未来的社会必将是以信息为主导的信息社会。

1.1 1.1视频的重要地位

所谓信息,它包括声音、视频和数据等信息。科学研究发现,人获取信息的25%是从听觉获得,而70%是从视觉获得,其它感官占5%左右。未来的通信必然向以视频为主的多媒体通信方向发展。

为什么需要视频信息呢?主要有以下3个方面的原因:

⑴ 人类接受的信息约有70%来自视觉。周围景物在视网膜上的映像是人类最有效和重要的信息获取形式。

⑵ 视频信息具有一系列的优点:确切、直观、具体生动、效率高、应用广等等。

⑶ 视频信息容量大,通过视觉获得的视频信息往往比通过听觉获取的音频信息具有更大的信息量。

由于视频具有许多优点,它的重要性也体现到诸多方面,如:

l 使计算机具有人类的视觉、听觉和说话的功能,也就是实际上具有人类的智能水平。这是智能计算机的研究目标。

l 今天,电视己成为人们生活中不可缺少的组成部分,成为最有力的信息传输媒体。但电视缺乏交互性。而交互性是计算机的特长,如何把电视的真实性与计算机的交互性结合起来,形成一种全新的信息交流方式,则是多媒体技术的目的。

l 目前向人们传输信息的终端(例如:电话、电视、传真机、收音机和计算机)具有很大的局限性,计算机只能向人们传递数据、文字、图表和动画等,而不能传送对人类最为重要的视频和音频信息;电话只能传送语音和低速数据(使用调制解调器);传真机只能传递文字和图表;电视机和收音机只能被动的接收和收听节目。多媒体通信将彻底改变单一媒体的通信形式,使人们能在一次通信连接中方便地获得所有多媒体信息(例如;数据、文字、声音、视频、图表、静止图像和动画),多媒体通信将计算机的交互性,通信网的分布性和多媒体信息的综合性融为一体,向人们展示全新的信息服务,从而对人类的生活生产方式产生深远的影响。在众多的多媒体通信中,视频扮演着极其重要的角色。

l 自1993年美国提出“信息高速公路”计划以来,这一称之为“第二次信息革命”的浪潮正以不可抗拒的形势席卷全球。未来的“全球信息高速公路”将成为全球的神经中枢,整个地球如同一个智慧的大脑,向人们提供全方位的信息服务。而“信息高速公路”的基础是宽带网络,后者支持视频和图像通信。

l 数字电视、高清晰度电视(HDTV)是继黑白、彩色电视的新一代电视。它向人们提供了更高级的视听享受,更清晰的图像,更逼真的色彩,更优美的音乐,并能给人们以身临其境的感受。美国已经计划在2006年停止播放模拟电视信号。取而代之的是全数字电视。高清晰度电视也代表着未来的电视和视听的发展方向。

1.2

1.3

1.4 1.5 3.3同步机理

在MPEG-2编码器中有单一的共同系统时钟,此时钟用来产生指示音频和视频的正确显示和解码时序的时间标签,同时可用来指示在抽样瞬间系统时钟时间的瞬时值。指示视频和音频的显示/解码的时间标签为PTS/DTS。指示系统时钟值的系统参考时钟(或程序参考时钟)为SCR(或PCR)。正是由于编码器中共同系统时钟的出现,以及解码器中时钟的重新生成,时间标签的正确使用,为解码器中操作的正确同步提供了基准。MPEG-2规定的系统时钟频率为27MHz,其采样值PCR被编码为两部分:一个是以系统时钟频率的l/300为单位(即以90KHz为单位)的PCR_base(33位码),另一个是以系统时钟频率为单位的PCR_ext(9位码)。而DTS/PTS就是把系统时钟频率的1/300编成33位码,并与PCR _base联合起来用于同步。

多路原始流的同步是通过节目流或传输流中的PTS来完成的。N个原始流解码的同步是通过把待解码的码流调整到一个共同的主时间基点,而不是调整其中一个码流的解码去匹配另外一个码流。主时间基点可以是N个解码器时钟中的一个,也可以是数据源时钟或外部时钟。

因为PTS用于单个的基本流的解码,因此在MPEG-2的传输流和节目流的PES分组中都是必需的。当编码器捕获时存储时间标签时,当时间标签连同编码数据传输给解码器时,当解码器使用这些时间标签来安排显示时间表时,MPEG-2端到端的同步就得到了实现。

由MPEG-2推荐的解码模型(如图3-6)可知,MPEG-2解码器的同步是由系统层解复用器、时钟控制单元和基本流解码器三者共同配合来完成的。