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DM642视频通信系统中图像质量控制技术与变速率业务的研究和实现
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【作 者】
张帆
【学位授予单位】
吉林大学
【导师姓名】
迟学芬
【 关键词 】
混叠
图像质量控制
变速率
DM642
【摘 要】
随着信息时代的到来,信息处理技术特别是视频信息处理技术得到了飞速的发展,视频通信系统已经广泛应用于视频会议、视频监控等方面。另外,随着DSPs处理能力的迅速提高,视频处理平台加速向小型化发展。在嵌入式DSP系统上进行视频实时通信也成为一个研究热点。实时视频的传输对带宽、延迟、延迟抖动和丢包率有较高的要求。然而,当前因特网并没有给视频的网络传输提供任何服务质量保证。因此,视频传输的协议设计和传输机制面临着诸多挑战。本文提出的基于DM642的视频通信系统的变速率视频业务技术与图像质量控制技术,根据R...
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随着信息时代的到来,信息处理技术特别是视频信息处理技术得到了飞速的发展,视频通信系统已经广泛应用于视频会议、视频监控等方面。另外,随着DSPs处理能力的迅速提高,视频处理平台加速向小型化发展。在嵌入式DSP系统上进行视频实时通信也成为一个研究热点。实时视频的传输对带宽、延迟、延迟抖动和丢包率有较高的要求。然而,当前因特网并没有给视频的网络传输提供任何服务质量保证。因此,视频传输的协议设计和传输机制面临着诸多挑战。本文提出的基于DM642的视频通信系统的变速率视频业务技术与图像质量控制技术,根据RTCP模块反馈的网络状态等级,自适应调整图像格式和帧率,并针对图像格式软件缩放过程中产生的混叠噪声进行多种方式的处理滤波。从而可以有效的节省传输带宽,达到根据网络情况自适应地提供多种QoS服务等级的目的,而且优化了视频图像质量,满足用户多方面的要求。目前,针对混叠噪声的图像质量优化已经有很多成熟的算法,但是针对实时视频通信系统的图像处理算法还不是很丰富。由于硬件资源限制,为了满足实时性要求,一般选用计算量较小的算法进行。图像去噪方式大体分为两类,空间域处理方式(又称空间滤波)和频域处理方式(又称变换域法)两类。频域处理所使用的正交变换有傅立叶变换,小波变换,沃尔什变换等,傅立叶分析是经典平稳信号时频分析工具,也是图像变换域处理方法最重要和应用最广乏的正交变换之一,它将图像从空域转换到频域中,图像的频域系数(图像傅立叶变换的结果)反映原图像中不同频率分量的分布情况。小波变换是一种新兴的处理手段,由于多分辨分析和特殊的时频特性,使得我们可以从不同的尺度上对研究对象进行分析、描述,成为对数字图像进行去噪的一种理想工具。针对空间域抗噪声,我们通常利用空域低通滤波(Spatial Lowpass Filtering),使用其不同形式的模版,与像素进行卷积运算。本视频通信系统服务器端采用TI DM642视频处理平台。TI公司的DM642是一款专门面向多媒体应用的专用DSP芯片。DSP芯片内部总线频率600MHz,外部总线频率100MHz,有8个并行运算单元,运算速度为4800MIPS。DM642使用两级cache结构:L1级cache由16K的L1程序存储器(L1P)和16K的L1数据存储器(L1D)组成,L2级cache大小为256K字节,可以由程序和数据空间共享。为了面向多媒体应用,DM642图像处理平台还集成了3个可配置的视频口、面向音频应用的McASP、10/100Mb/s的Ethernet MAC等外设。本文视频通信系统DM642视频终端是通过DM642开发平台外接的模拟摄像头进行采集,采集后数据通过板上的Comp IN端口进入,在SAA7115芯片通过模数变换后,送入DM642芯片做相关处理。数据被压缩编码之后通过板上提供的以太网接口传往广域网/局域网上的任意一台主机并显示。DM642开发平台上的FPGA用来完成屏幕显示功能。通过程序读写DM642开发平台上的IIC总线EEPROM可以来配置板上芯片的工作参数。在图像重采样过程中,混叠噪声不可避免的出现。针对DM642开发平台的运算能力和视频服务质量的要求,本文选取了CCITT规定了几种低位率的视频格式(D1,CIF,QCIF,SQCIF),针对这几种视频格式,估算了滤波处理的计算量,选取二维傅立叶变换滤波和快速中值滤波对图像重采样过程中的混叠噪声进行处理。针对傅立叶变换的可分离性质,本文采取先后对图像矩阵的行、列一次坐一维变换的方式实现二维傅立叶变换。针对本系统采取的几种图像格式特点,应用了补零的方式,在DM642系统上成功实现了对图像矩阵的二维傅立叶正反变换与滤波。为了满足通信系统的实时性要求,本文改进了二维傅立叶变换的算法,充分利用DM642DSPs的资源,选取了合适的编译方式,使视频通信系统的处理速度得到大幅度的提高。在客户端,为了满足客户的观看需要,本文采取了双线形插值算法对图像格式大小进行控制。考虑到DM642视频通信系统使用的图像格式之间整数倍缩放的关系与图像行、列像素点都为偶数的特点,本文提出了双线形插值算法的DM642快速算法,很大程度上提高了运算速度。双线形插值法有效的克服了普通插值算法的缺陷,抑制了插值算法的栅格效应,有效地提高了插值图像的质量。对IP网域视频通信进行服务质量控制,主要就是解决视频传输控制问题。视频传输应用层主要的信道特性是传输时延和包丢失率。在出现丢包和可用带宽变化的情况下,应用层QoS控制可以最大限度地提高视频质量。本文提出的视频自适应变速率业务就是通过网络状态参数和网络Qos等级对视频的图像格式和帧率进行反馈控制,试图使视频流的码率和帧率与可用的网络带宽相匹配,力求将网络拥塞和丢包的数目降至最低。视频通信系统可以通过RTCP的发送者报告SR(Sender Report)和接收者报告RR(Receiver Report)监控QoS,如果RTP包丢失率和传输延迟高于设定值,就应降低视频码率和帧率。基于DM642视频通信系统实现变速率视频业务以及其过程中针对混叠噪声的视频图像质量的控制研究是一个新兴的研究方向,而本文进行的此方面的研究还有许多不足与局限。基于DM642视频通信系统的视频图像质量控制技术和视频变速率业务技术具有良好的研究前景,也是一个充满活力且有待开拓的研究领域。本文在最后对于DM642视频通信系统的视频图像质量控制技术和视频变速率业务技术的发展作了展望。
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【文献类型】
学位论文
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