畢業(yè)設(shè)計(jì)-視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_發(fā)與實(shí)現(xiàn)—論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 指向出現(xiàn)錯(cuò)誤的代碼所在行應(yīng)方便快速找出錯(cuò)誤。 Visual C++支持?jǐn)帱c(diǎn)調(diào)試，同時(shí)也可以在調(diào)試窗口觀察有關(guān)變量的值，以方便查找出有關(guān)的邏輯錯(cuò)誤。 6 GIS 技術(shù) 1) GIS 概述 地理信息系統(tǒng) (GcogParhiacllnfomraitnosyestm， Gl)s是在計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層 (包括大氣層 )空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、 運(yùn)算、分析和可視化表達(dá)的信息處理與管理系統(tǒng)。它作為一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠把圖形管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來。利用地理信息系統(tǒng)的空間分析和統(tǒng)計(jì)運(yùn)算功能作為決策支持系統(tǒng)的平臺(tái)，能對(duì)己有的空間和屬性信息進(jìn)行加工處理，得出科學(xué)的結(jié)論，避免因人而異的主觀隨意性，有利于科學(xué)決策。由于 GIS表達(dá)問題準(zhǔn)確，特別適合管理各種與空間位置有關(guān)的事物。 GIS 作為一個(gè)空間信息處理平臺(tái)，有以下三方面特征 : (l) 具有采集、管理、分析和輸出各種地理空間信息的能力。 (2) 具有強(qiáng)大的空問分析和多要素綜合分析以及動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè) 的能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息 . (3) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征。它使地理信息系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜地理信息能進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、綜合地空間定位和動(dòng)態(tài)分析，完成人類本身難以勝任的工作。 GIS是地理信息自動(dòng)處理與分析系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集 — 分析 — 決策應(yīng)用的全過程中，能夠回答和解決 5類問題 : (1) 位置在某個(gè)地方有什么的問題。 (2) 條件符合某些條件的實(shí)體在什么地方的問題。 (3) 趨勢(shì)某個(gè)地方發(fā)生的某個(gè)事件及其變化過程。 (4) 模式某個(gè)地方存在的空間實(shí)體的分布模式的問題。 (5) 模擬某個(gè)地方如果具備 某種條件會(huì)發(fā)生什么的問題。 2) GIS 的開發(fā)方式及發(fā)展現(xiàn)狀 地理信息系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)容可分為兩大基本類型 :一是應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)，以某一 專業(yè)、領(lǐng)域或工作為主要內(nèi)容，包括專題地理信息系統(tǒng)和區(qū)域綜合地理信息系統(tǒng) 。二是 工具型地理信息系統(tǒng)，也就是 GIS 工具軟件包，如 ARC 月 NFO 等，具有空間數(shù)據(jù)輸入、 存儲(chǔ)、處理、分析和輸出等 GIS 基本功能。隨著地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，應(yīng)用型 GIS的開發(fā)工作日顯重要。如何針對(duì)不同的應(yīng)用目標(biāo)，高效地開發(fā)出既合乎需要又具有方便美觀豐富的界面形式的地理信息系統(tǒng)，是 GIS 開發(fā)者非常關(guān) 心的問題。 本課題屬于應(yīng)用型 GIS 的開發(fā)。在開發(fā)初期，最主要的工作就是要確定實(shí)現(xiàn)方式。 3）組件式 GISMapX 技術(shù) 組件式 GIS(ComPoennst GIS，縮寫為 GlS)是地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)的新思路，其基本思想是把 GIS 的各大功能模塊劃分為幾個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能，各個(gè) GIS控件之間，以及 GIS 控件與其他非 GIS 控件之間，可以方便地通過可視化的軟件開 發(fā)工具集成起來，利用接口相互進(jìn)行通訊形成最終的 GIS 應(yīng)用系統(tǒng)。 當(dāng)前 ， 面 向?qū)ο蠛头植际郊夹g(shù)是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)發(fā)展的兩大潮流，組 件化技術(shù)是促 進(jìn)兩者結(jié)合的有效途徑。組件式 (以下簡稱 CoM)開發(fā)代表著軟件技術(shù)的一種變革，使用 它將大大簡化開發(fā)過程，縮短開發(fā)時(shí)間。具體說來有四大優(yōu)點(diǎn) : (l) 面 向 對(duì)象的優(yōu)點(diǎn)程序開發(fā)者將要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)分成若丁個(gè) CoM 對(duì)象，并對(duì)每個(gè) 7 對(duì)象進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，只要對(duì)象和接口是按 COM 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的， COM 就能保證對(duì)象之間 的交互性 . (2) 交換一致性 c0M 為不同平臺(tái)的用戶提供了統(tǒng)一的接口，任何一種軟件服務(wù)都 是以一種共同的方式提供給用戶。 (3) 語言獨(dú)立性 COM 對(duì)象可以用任何程序語言去調(diào)用，只要所使用的程序語言 能 夠支持 COM 所要求的二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)。 (4) 提供了一個(gè)將 16 位應(yīng)用程序與 23 的應(yīng)用程序連接起來的且與語言無關(guān)的二進(jìn) 制標(biāo)準(zhǔn)。 為了 順 應(yīng) 組件式 GIS 的技術(shù)新潮流，世界各大 GIS 廠商相繼推出了基于 OLE 技術(shù) 的嵌入式 GIS 組件，如 EsRI(美國環(huán)境研究所 )推出的 MaP0bject、 Maplnfo 公司推出 MapX、Intergraph 公司推出的 Geomedia 和加拿大阿波羅科技集團(tuán)推出的 TITAN 等。國內(nèi) Gls 組件主要有，北京朝夕公司推出的 MapEnglne，中科院地理信息發(fā)展中心研制的 ActiveMap，北京超圖推出的全組件式 Gls 軟件 superMap，武漢吉奧信息工程有限公司新近推出的全組件式地理信息系統(tǒng)軟件 ，武漢中地信息工程有限公司也推出了一些相關(guān)控件。與國外的組件式 Gls 工具軟件相比較，國內(nèi)工具軟件在易用性、可集成性和功能上顯得較為薄弱，實(shí)際應(yīng)用還不夠普及。本文采用發(fā)展比較成熟的 MaPInfo 公司的 MapX 組件。 Mapx 是 MapInfo 公司向用戶提供的具有強(qiáng)大地圖分析功能的 Activex 控件產(chǎn)品 .由于它是一種基于Windows 操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控件，因而能支持絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的可視 化開發(fā)環(huán)境如 visual c+、visual Basic、 oelphi、 powerBuilder 等。編程人員在開發(fā)過程中可以選用自己最熟悉的開發(fā)語言，輕松地將地圖功能嵌入到應(yīng)用中，并且可以脫離 MaPInfo 的軟件平臺(tái)運(yùn)行。利用 Mapx，能夠簡單快速地在企業(yè)應(yīng)用中嵌入地圖化功能，增強(qiáng)企業(yè)應(yīng)用的空間分析能力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用的增值。 MaPx 采用基于 MaPlnfoProfesfonal 的相同的地圖化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn) M 叩InfoProfesional 具有的絕大部分地圖編輯和空間分析功能。 8 3 視 頻標(biāo)準(zhǔn)的主要編碼技術(shù) 64 標(biāo) 準(zhǔn)的開展可以追溯到 1996 年，在制定 標(biāo)準(zhǔn)后，視頻編碼專家組(VCEqVideo Coding Experts Group)啟動(dòng)了兩項(xiàng)研究計(jì)劃 :一個(gè)是短期研究計(jì)劃，在 的基礎(chǔ)上增加選項(xiàng)來改進(jìn)編碼效率，隨后產(chǎn)生了 +與 ++。另一個(gè)是長期研究計(jì)劃，旨在開發(fā)新的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是編碼效率要高，同時(shí)具有簡單、直觀的視頻編碼技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)友好的視頻描述，適合交互和非交互應(yīng)用。長期研究計(jì)劃產(chǎn)生了 標(biāo)準(zhǔn)草案，與先期的 ITU 一視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)相 比，該草案在壓縮效率方面具有明顯的優(yōu)越性。 2021 年 ,ISOIIEC的 MPEG 組織認(rèn)識(shí)到 潛在的優(yōu)勢(shì)，隨后與 TUT 的 VCEG 共同建立了聯(lián)合視頻工作組 (JVT)，其主要任務(wù)就是將 草案發(fā)展為一個(gè)國際型標(biāo)準(zhǔn)。于是，在 ISO/IEC 中該標(biāo)準(zhǔn)被命名為 AVC (Advanced VideoCoding)，作為 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)的第 10 部分。在 ITV 一中它被正式命名為 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于 2021 年正式獲得批準(zhǔn) [] 64 提 供了很多靈活性和客戶定制化特性，該視頻壓縮碼流能夠通過各種網(wǎng)絡(luò) 傳輸，能夠處理各種應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)接口。而且， 采用許多先進(jìn)的編碼技術(shù)，獲得了比 好得多的性能。本章 將 從 視頻框架、碼流結(jié)構(gòu)、基本檔次的關(guān)鍵技術(shù)等三個(gè)方面詳細(xì)介紹 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。 視頻編碼框架 與早期的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相同， 標(biāo)準(zhǔn)并沒有明確定義一對(duì)完整的編解碼器，而是定義了編碼碼流的語法以及對(duì)碼流進(jìn)行解碼的方法。圖 21 所示的是 的編碼框架。從圖中可以看出， 采用了與以往標(biāo)準(zhǔn)類似的基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 /分塊變換的混合編碼框架 64 同 樣采用幀內(nèi) (Intra)和幀間 (later)兩種編碼模式。輸入視頻都要經(jīng)過 Intra 預(yù)測(cè)模塊，并選擇預(yù)測(cè)殘差最小的 Intra 模塊作為候選 Intra 編碼模式。如果輸入幀是 I 幀，則對(duì)預(yù)測(cè)得到的殘差信號(hào)進(jìn)行變換和量化，再對(duì)量化后的系數(shù)進(jìn)行嫡編碼，最后將重建圖像用于后續(xù)幀的參考圖像。如果輸入幀是 P 幀和 B 幀，則首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，選擇最佳的 IntraInter 編碼模式，然后從候選 Intra 和 Inter 中選擇該宏塊的最佳編碼模式，并對(duì)預(yù)測(cè)殘差進(jìn)行 ICT (Integer CosineTransform)變換和量化。最佳模 式的選擇是計(jì)算率失真函數(shù) , 選擇代價(jià)最小的編碼模式，即通過最小化 Lagrange 代價(jià)函數(shù) 來選擇編碼模式、運(yùn)動(dòng)矢量和參考幀。其中 S 為當(dāng)前編碼宏塊， c 為參考圖像的對(duì)應(yīng)宏塊， 為運(yùn)動(dòng)向量， 為運(yùn)動(dòng)向量預(yù)測(cè)值。 r 為參考幀， SA(T)D 為，與 c 的差值圖像經(jīng)過 Hadamard 變換的系數(shù)和， 。 9 圖 2 編碼框架 從上圖可以看出， 引入了新的模塊 — 去塊效應(yīng)濾波器 (deblockingfilter)，而且為了提高編碼效率，每個(gè)功能模塊采用了新技術(shù)，這 些技術(shù)包括先進(jìn)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)、多模式運(yùn)動(dòng)估計(jì)、整數(shù)變換及量化、環(huán)濾波和先進(jìn)的嫡編碼技術(shù)等。 標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu) 檔次和級(jí)別 檔次 (profile)和級(jí)別 (level)指定壓縮碼流的符合點(diǎn)，這些符合點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)各種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用之間的互操作性，檔次和級(jí)別的定義可以適應(yīng)不同應(yīng)用的需要。一個(gè)檔次定義了一組編碼工具或算法，這些工具和算法能夠生成符合標(biāo)準(zhǔn)的碼流。而級(jí)別通過限制關(guān)鍵參數(shù)控制碼流的格式。所有符合某檔次的解碼器必須支持該檔次定義的所有功能，編碼器不必支持該檔次的任何特定的功能，但必須提供一致性的 比特流，即支持該檔次的解碼器能實(shí)現(xiàn)解碼。在 中，所有檔次使用相同的級(jí)定義，但個(gè)別實(shí)現(xiàn)時(shí)，可能每個(gè)檔次支持的級(jí)不完全相同。 到現(xiàn)在為止， 標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)檔次，分別是基本檔次 (BaselineP rofile).主檔次 (Main Profile)、擴(kuò)展檔次 (Extended Profile)和高檔次 (High Profile) 2 一所示的是四個(gè)檔次之間的關(guān)系，以及各個(gè)檔次所支持的編碼工具。從圖 3 中可以很清楚地看出，基本檔次是擴(kuò)展檔次的一個(gè)子集，但并不是主檔次的子集。基本檔次可以選擇 I 分片和 P 分片，支持幀內(nèi)和幀間編碼，同時(shí)采用高性能的嫡編碼，即上下文自適應(yīng)變長編碼 (CAVLC, ContextAdaptive Variable LengthCoding)。但是，基本檔次不支持 B/SP/SI 分片、加權(quán)預(yù)測(cè)、上下文自適應(yīng)算術(shù)編碼 (CABAC,ContextAd aptiveB inaryA rithmeticC od 噸 )以及場編碼。每個(gè)檔次都非常靈活，可以支持很廣泛的應(yīng)用。基本檔次可以應(yīng)用于可視電話，視頻會(huì)議和無線通信 。主要檔次可以應(yīng)用于廣播電視和視頻存儲(chǔ) 。擴(kuò)展檔次則非常適合流媒體應(yīng)用 :而 高檔次包括主檔次的所有功能，適合高清 DVD 和數(shù)字視頻廣播 (DVB,D igitalV ideoB roadcast)應(yīng)用。 10 圖 3 標(biāo)準(zhǔn)四個(gè)檔次之間的關(guān)系 分層結(jié)構(gòu) 采用了圖 4 所示的分層設(shè)計(jì)思想， 標(biāo)準(zhǔn)包括 VCL 和 NAL 兩個(gè)層次。 VCL負(fù)責(zé)對(duì)視頻序列的高效壓縮， NAL 則負(fù)責(zé)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和傳送。 64 將 VCL 和 NAL 區(qū)別開來，將 VCL 和 NAL 分別進(jìn)行指定是為了區(qū)分開編碼特征 (在 VCL 層 )和傳輸特征 (在 NAL 層 )。編碼過程的輸出是 VCL 數(shù)據(jù) (表示壓縮視頻數(shù)據(jù)的二進(jìn)制序列 )，在傳輸或存儲(chǔ)之前，將 VCL 數(shù)據(jù)封裝成 NAL 單元 .每個(gè) NAL 單元包括一個(gè)原始字節(jié)序列有效載荷 (RBSP, Raw Byte Sequence Payload)，它是一組對(duì)應(yīng)于編碼視頻數(shù)據(jù)或頭信息的數(shù)據(jù)。 圖 4 NAL 單元序列 一個(gè) 視 頻 序列可以由多個(gè) NAL 單元序列來表示，這些 NAL 單元序列可在分組網(wǎng)絡(luò)中傳輸，也可以通過一個(gè)碼流傳輸鏈接進(jìn)行傳輸，或作為一個(gè)文件進(jìn)行存儲(chǔ)。 NAL 規(guī) 范了視 頻數(shù)據(jù)的格式，包括單個(gè)字節(jié)的包頭信息、多個(gè)字節(jié)的視頻數(shù)據(jù)與組幀、邏輯信道信令、定時(shí)信息、序列結(jié)束信號(hào)等 .包頭中包含存儲(chǔ)標(biāo)志和類型標(biāo)志。存儲(chǔ)標(biāo)志用于指示當(dāng)前數(shù)據(jù)不屬于被參考的幀 .類型標(biāo)志用于指示圖像數(shù)據(jù)的類型。這樣的結(jié)構(gòu)便于信息的封裝和對(duì)信息進(jìn)行更好的優(yōu)先級(jí)控制，適合多種傳輸網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)媒體。 NAL 支持各種網(wǎng)絡(luò)，包括 : ? 任何使用 RTP/IP 協(xié)議的實(shí)時(shí)有線和無線 Inter 服務(wù) 。 ? 作為 MP4 文件存儲(chǔ)和多媒體信息文件服務(wù) 。 ? MPEG2 系統(tǒng) 。 ? 以及 ,其它網(wǎng)絡(luò)。 11 分片與宏塊 一個(gè)宏塊包括視頻幀中一 個(gè) 16x16 大小的編碼數(shù)據(jù) (16x16 的亮度樣值， gxg 的 Cb 樣值，以及 gxg 的 cr 樣值 )，一幀中的宏塊以光柵掃描順序進(jìn)行編號(hào)。在 中，宏塊是解碼過程中的基本處理單元，而一幀圖像往往作為一個(gè)或多個(gè)分片進(jìn)行編碼，每個(gè)分片包括整數(shù)個(gè)宏塊。編碼的各分片之間彼此不相關(guān)，這樣有利于抑制誤碼擴(kuò)散。 支持五種分片編碼類型 : ? I 分片 :最簡單的編碼類型，所有的宏塊不參考視頻序列中其它的圖像 . ? P 分片 :除了 I 分片編碼類型外， P 分片的部分宏塊可以利用幀間預(yù)測(cè)，每個(gè)預(yù)測(cè)塊至多可使用一 個(gè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)信號(hào)。 ? B 分片 :除了 P 分片編碼類型外， B 分片的部分宏塊可以利用幀間預(yù)測(cè)，每個(gè)預(yù)測(cè)塊 使用兩個(gè)運(yùn) 動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)信號(hào)。 ? S P 分片 :稱為切換 P 分片，能在不同編碼圖像之間有效地切換。 ? S I 分片 :稱為切換 I 分片，允許 SP 分片的宏塊完全匹配，達(dá)到隨機(jī)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行解和