AVS-M實(shí)時(shí)編碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯AVS-M實(shí)時(shí)編碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-設(shè)計(jì)應(yīng)用AVS-M是AVS標(biāo)準(zhǔn)的第7部分——一款專(zhuān)門(mén)為移動(dòng)通訊環(huán)境而設(shè)計(jì)的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目的目的是要驗(yàn)證AVS-M在應(yīng)用環(huán)境中的性能表現(xiàn)，借此證明該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用價(jià)值，為其在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程作貢獻(xiàn)。移動(dòng)通訊終端具有帶寬低，誤碼率高和計(jì)算能力弱等特點(diǎn)，目前主要以MPEG-4SP為視頻編解碼的標(biāo)準(zhǔn)，今后國(guó)際上可能的升級(jí)方案有H.264和VC-1等。本項(xiàng)目通過(guò)在相同測(cè)試環(huán)境下對(duì)比AVS-M與H.264標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際性能表現(xiàn)來(lái)證明AVS-M標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用價(jià)值。為了貼近真實(shí)的使用環(huán)境，本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的編碼器需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音視頻采集、實(shí)時(shí)編碼、實(shí)時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)以MPEG2TS流的形式輸出碼流的功能。VLC與x264是兩款遵循GPL標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的開(kāi)源軟件，其中VLC是一個(gè)流媒體平臺(tái)，支持插件功能；x264是一款H.264編碼庫(kù)，并針對(duì)x86平臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)化。為了盡快取得驗(yàn)證結(jié)果，本項(xiàng)目采用VLC和x264項(xiàng)目為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。VLC以插件的形式實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)音視頻采集，H.264編碼，MPEG2TS流復(fù)用和以太網(wǎng)輸出等功能，恰好契合本項(xiàng)目的總體需求；AVS-M標(biāo)準(zhǔn)起源于于H.264標(biāo)準(zhǔn)，兩者結(jié)構(gòu)類(lèi)似、功能相同，以H.264為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)AVS-M標(biāo)準(zhǔn)能加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，并且采用同一代碼樹(shù)也能更好的比較AVS-M與H.264標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際性能差異。為了更符合實(shí)際的使用環(huán)境，本項(xiàng)目采用AAC+作為音頻的編碼標(biāo)準(zhǔn)。VLC本身并不支持AAC+的編碼功能，而只支持其解碼功能，在此采用3GPP工程的26410-700作為AAC+標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)插件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)AAC+音頻編碼功能。

VLC不但支持音視頻數(shù)據(jù)的采集、編碼、復(fù)用和以太網(wǎng)發(fā)送功能，而且還支持碼流的以太網(wǎng)接收、解復(fù)用、解碼和播放功能。為了驗(yàn)證編碼器的實(shí)際編碼效果，本項(xiàng)目也采用VLC作為碼流的接收端，通過(guò)實(shí)時(shí)觀看播放的效果來(lái)評(píng)判編碼器的性能表現(xiàn)。支持AVS-M解碼功能的VLC為另一項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)成果，在本文不作詳細(xì)描述。

編碼器

音頻和視頻編碼都是計(jì)算密集型的操作，如果要實(shí)時(shí)編碼就需要一個(gè)強(qiáng)勁的運(yùn)算平臺(tái)，這里采用一臺(tái)DellPowerEdge2950服務(wù)器作用編碼器的硬件基礎(chǔ)。PowerEdge2950配置有一顆IntelXeon5160(Woodcrest)3.0GHz雙核CPU、1GBDDR2內(nèi)存、SATAII硬盤(pán)、內(nèi)置雙BroadcomBCM5708CNetXtremeIIGigE千兆以太網(wǎng)控制器，并具有兩條PCI-X擴(kuò)展插槽以擴(kuò)充外設(shè)接口功能。操作系統(tǒng)選用RedHatEnterpriseLinux4(32bit)操作系統(tǒng)。PowerEdge2950本身不具有音視頻采集接口，需要通過(guò)相應(yīng)的采集卡擴(kuò)展。這里采用一塊Osprey230采集卡作為實(shí)時(shí)音視頻采集接口，它采用PCI-X接口形式，支持PAL/NTSC/SECAM視頻標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)時(shí)采集一路標(biāo)清視頻及雙聲道的音頻。以太網(wǎng)輸出采用PowerEdge2950內(nèi)置的千兆以太網(wǎng)接口。編碼器的整體框圖如下圖所示：

整個(gè)編碼了流程為：PAL/NTSC/SECAM的視頻信號(hào)通過(guò)Composite或S-Video接口，音頻通過(guò)雙聲道音頻接口進(jìn)入Osprey230采集卡；Osprey230由Video4Linux2與OSS驅(qū)動(dòng)程序來(lái)驅(qū)動(dòng)，VLC通過(guò)這兩個(gè)接口控制采集卡，實(shí)時(shí)讀取音視頻數(shù)據(jù)，并分別將音視頻數(shù)據(jù)送到AVS-M編碼器與AAC+編碼器進(jìn)行編碼；編碼后生成的碼流送到MPEG2TS復(fù)用器進(jìn)行復(fù)用；復(fù)用后的TS流通過(guò)以太網(wǎng)接口以UDP單播或組播的方式發(fā)送出去。

1編碼庫(kù)

開(kāi)發(fā)支持AVS-M標(biāo)準(zhǔn)的編碼庫(kù)是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，根據(jù)AVS-M標(biāo)準(zhǔn)與H.264標(biāo)準(zhǔn)的異同對(duì)x264編碼庫(kù)進(jìn)行修改，修改的原則是在不改變?cè)菻.264編碼功能的前提下增加AVS-M編碼功能。為了同時(shí)支持上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在此采用運(yùn)行時(shí)開(kāi)關(guān)的方法使得編碼庫(kù)既支持H.264標(biāo)準(zhǔn)又支持AVS-M標(biāo)準(zhǔn)，并且兩者可以動(dòng)態(tài)地切換。如下是在開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的不同部分。

a)NAL層

e)分?jǐn)?shù)像素插值在AVS-M和H.264中，半像素精度的樣本值都是使用雙線性插值的方法，當(dāng)然它們使用了不同的濾波器。需要注意的是，在水平和垂直方向都是四分之一精度的樣本預(yù)測(cè)時(shí)，AVS-M使用的是“星形”法，而H.264使用的是“菱形”法，如圖3所示。在AVS-M中，e，g，p和r采用下面公式計(jì)算。e=(F+j+1)1

g=(G+j+1)1

p=(N+j+1)1

r=(O+j+1