視頻數據傳輸的開發與實現—免費計算機畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 指向出現錯誤的代碼所在行應方便快速找出錯誤。 Visual C++支持斷點調試，同時也可以在調試窗口觀察有關變量的值，以方便查找出有關的邏輯錯誤。 6 GIS 技術 1) GIS 概述 地理信息系統 (GcogParhiacllnfomraitnosyestm， Gl)s是在計算機硬件、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層 (包括大氣層 )空間中的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、 運算、分析和可視化表達的信息處理與管理系統。它作為一種先進的計算機技術，能夠把圖形管理系統和數據管理系統有機地結合起來。利用地理信息系統的空間分析和統計運算功能作為決策支持系統的平臺，能對己有的空間和屬性信息進行加工處理，得出科學的結論，避免因人而異的主觀隨意性，有利于科學決策。由于 GIS表達問題準確，特別適合管理各種與空間位置有關的事物。 GIS 作為一個空間信息處理平臺，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) 具有強大的空問分析和多要素綜合分析以及動態預測 的能力，并能產生高層次的地理信息 . (3) 計算機系統的支持是地理信息系統的重要特征。它使地理信息系統對復雜地理信息能進行快速、準確、綜合地空間定位和動態分析，完成人類本身難以勝任的工作。 GIS是地理信息自動處理與分析系統，在數據采集 — 分析 — 決策應用的全過程中，能夠回答和解決 5類問題 : (1) 位置在某個地方有什么的問題。 (2) 條件符合某些條件的實體在什么地方的問題。 (3) 趨勢某個地方發生的某個事件及其變化過程。 (4) 模式某個地方存在的空間實體的分布模式的問題。 (5) 模擬某個地方如果具備 某種條件會發生什么的問題。 2) GIS 的開發方式及發展現狀 地理信息系統根據其內容可分為兩大基本類型 :一是應用型地理信息系統，以某一 專業、領域或工作為主要內容，包括專題地理信息系統和區域綜合地理信息系統 。二是 工具型地理信息系統，也就是 GIS 工具軟件包，如 ARC 月 NFO 等，具有空間數據輸入、 存儲、處理、分析和輸出等 GIS 基本功能。隨著地理信息系統應用領域的擴展，應用型 GIS的開發工作日顯重要。如何針對不同的應用目標，高效地開發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，是 GIS 開發者非常關 心的問題。 本課題屬于應用型 GIS 的開發。在開發初期，最主要的工作就是要確定實現方式。 3）組件式 GISMapX 技術 組件式 GIS(ComPoennst GIS，縮寫為 GlS)是地理信息系統二次開發的新思路，其基本思想是把 GIS 的各大功能模塊劃分為幾個控件，每個控件完成不同的功能，各個 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 發工具集成起來，利用接口相互進行通訊形成最終的 GIS 應用系統。 當前 ， 面 向對象和分布式技術是計算機軟件技術發展的兩大潮流，組 件化技術是促 進兩者結合的有效途徑。組件式 (以下簡稱 CoM)開發代表著軟件技術的一種變革，使用 它將大大簡化開發過程，縮短開發時間。具體說來有四大優點 : (l) 面 向 對象的優點程序開發者將要實現的任務分成若丁個 CoM 對象，并對每個 7 對象進行接口設計，只要對象和接口是按 COM 標準實現的， COM 就能保證對象之間 的交互性 . (2) 交換一致性 c0M 為不同平臺的用戶提供了統一的接口，任何一種軟件服務都 是以一種共同的方式提供給用戶。 (3) 語言獨立性 COM 對象可以用任何程序語言去調用，只要所使用的程序語言 能 夠支持 COM 所要求的二進制標準。 (4) 提供了一個將 16 位應用程序與 23 的應用程序連接起來的且與語言無關的二進 制標準。 為了 順 應 組件式 GIS 的技術新潮流，世界各大 GIS 廠商相繼推出了基于 OLE 技術 的嵌入式 GIS 組件，如 EsRI(美國環境研究所 )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推出的 TITAN 等。國內 Gls 組件主要有，北京朝夕公司推出的 MapEnglne，中科院地理信息發展中心研制的 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軟件 ，武漢中地信息工程有限公司也推出了一些相關控件。與國外的組件式 Gls 工具軟件相比較，國內工具軟件在易用性、可集成性和功能上顯得較為薄弱，實際應用還不夠普及。本文采用發展比較成熟的 MaPInfo 公司的 MapX 組件。 Mapx 是 MapInfo 公司向用戶提供的具有強大地圖分析功能的 Activex 控件產品 .由于它是一種基于Windows 操作系統的標準控件，因而能支持絕大多數標準的可視 化開發環境如 visual c+、visual Basic、 oelphi、 powerBuilder 等。編程人員在開發過程中可以選用自己最熟悉的開發語言，輕松地將地圖功能嵌入到應用中，并且可以脫離 MaPInfo 的軟件平臺運行。利用 Mapx，能夠簡單快速地在企業應用中嵌入地圖化功能，增強企業應用的空間分析能力，實現企業應用的增值。 MaPx 采用基于 MaPlnfoProfesfonal 的相同的地圖化技術，可以實現 M 叩InfoProfesional 具有的絕大部分地圖編輯和空間分析功能。 8 3 視 頻標準的主要編碼技術 64 標 準的開展可以追溯到 1996 年，在制定 標準后，視頻編碼專家組(VCEqVideo Coding Experts Group)啟動了兩項研究計劃 :一個是短期研究計劃，在 的基礎上增加選項來改進編碼效率，隨后產生了 +與 ++。另一個是長期研究計劃，旨在開發新的壓縮標準，其目標是編碼效率要高，同時具有簡單、直觀的視頻編碼技術，網絡友好的視頻描述，適合交互和非交互應用。長期研究計劃產生了 標準草案，與先期的 ITU 一視頻壓縮標準相 比，該草案在壓縮效率方面具有明顯的優越性。 2021 年 ,ISOIIEC的 MPEG 組織認識到 潛在的優勢，隨后與 TUT 的 VCEG 共同建立了聯合視頻工作組 (JVT)，其主要任務就是將 草案發展為一個國際型標準。于是，在 ISO/IEC 中該標準被命名為 AVC (Advanced VideoCoding)，作為 MPEG4 標準的第 10 部分。在 ITV 一中它被正式命名為 標準，該標準于 2021 年正式獲得批準 [] 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絡 傳輸，能夠處理各種應用和網絡接口。而且， 采用許多先進的編碼技術，獲得了比 好得多的性能。本章 將 從 視頻框架、碼流結構、基本檔次的關鍵技術等三個方面詳細介紹 視頻編碼標準。 視頻編碼框架 與早期的視頻編碼標準相同， 標準并沒有明確定義一對完整的編解碼器，而是定義了編碼碼流的語法以及對碼流進行解碼的方法。圖 21 所示的是 的編碼框架。從圖中可以看出， 采用了與以往標準類似的基于運動補償 /分塊變換的混合編碼框架 64 同 樣采用幀內 (Intra)和幀間 (later)兩種編碼模式。輸入視頻都要經過 Intra 預測模塊，并選擇預測殘差最小的 Intra 模塊作為候選 Intra 編碼模式。如果輸入幀是 I 幀，則對預測得到的殘差信號進行變換和量化，再對量化后的系數進行嫡編碼，最后將重建圖像用于后續幀的參考圖像。如果輸入幀是 P 幀和 B 幀，則首先進行運動估計，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，并對預測殘差進行 ICT (Integer CosineTransform)變換和量化。最佳模 式的選擇是計算率失真函數 , 選擇代價最小的編碼模式，即通過最小化 Lagrange 代價函數 來選擇編碼模式、運動矢量和參考幀。其中 S 為當前編碼宏塊， c 為參考圖像的對應宏塊， 為運動向量， 為運動向量預測值。 r 為參考幀， SA(T)D 為，與 c 的差值圖像經過 Hadamard 變換的系數和， 。 9 圖 2 編碼框架 從上圖可以看出， 引入了新的模塊 — 去塊效應濾波器 (deblockingfilter)，而且為了提高編碼效率，每個功能模塊采用了新技術，這 些技術包括先進的幀內預測、多模式運動估計、整數變換及量化、環濾波和先進的嫡編碼技術等。 標準的結構 檔次和級別 檔次 (profile)和級別 (level)指定壓縮碼流的符合點，這些符合點用于實現各種標準應用之間的互操作性，檔次和級別的定義可以適應不同應用的需要。一個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準的碼流。而級別通過限制關鍵參數控制碼流的格式。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現解碼。在 中，所有檔次使用相同的級定義，但個別實現時，可能每個檔次支持的級不完全相同。 到現在為止， 標準定義了四個檔次，分別是基本檔次 (BaselineP rofile).主檔次 (Main Profile)、擴展檔次 (Extended Profile)和高檔次 (High Profile) 2 一所示的是四個檔次之間的關系，以及各個檔次所支持的編碼工具。從圖 3 中可以很清楚地看出，基本檔次是擴展檔次的一個子集，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，支持幀內和幀間編碼，同時采用高性能的嫡編碼，即上下文自適應變長編碼 (CAVLC, ContextAdaptive Variable LengthCoding)。但是，基本檔次不支持 B/SP/SI 分片、加權預測、上下文自適應算術編碼 (CABAC,ContextAd aptiveB inaryA rithmeticC od 噸 )以及場編碼。每個檔次都非常靈活，可以支持很廣泛的應用。基本檔次可以應用于可視電話，視頻會議和無線通信 。主要檔次可以應用于廣播電視和視頻存儲 。擴展檔次則非常適合流媒體應用 :而 高檔次包括主檔次的所有功能，適合高清 DVD 和數字視頻廣播 (DVB,D igitalV ideoB roadcast)應用。 10 圖 3 標準四個檔次之間的關系 分層結構 采用了圖 4 所示的分層設計思想， 標準包括 VCL 和 NAL 兩個層次。 VCL負責對視頻序列的高效壓縮， NAL 則負責根據網絡要求對數據進行打包和傳送。 64 將 VCL 和 NAL 區別開來，將 VCL 和 NAL 分別進行指定是為了區分開編碼特征 (在 VCL 層 )和傳輸特征 (在 NAL 層 )。編碼過程的輸出是 VCL 數據 (表示壓縮視頻數據的二進制序列 )，在傳輸或存儲之前，將 VCL 數據封裝成 NAL 單元 .每個 NAL 單元包括一個原始字節序列有效載荷 (RBSP, Raw Byte Sequence Payload)，它是一組對應于編碼視頻數據或頭信息的數據。 圖 4 NAL 單元序列 一個 視 頻 序列可以由多個 NAL 單元序列來表示，這些 NAL 單元序列可在分組網絡中傳輸，也可以通過一個碼流傳輸鏈接進行傳輸，或作為一個文件進行存儲。 NAL 規 范了視 頻數據的格式，包括單個字節的包頭信息、多個字節的視頻數據與組幀、邏輯信道信令、定時信息、序列結束信號等 .包頭中包含存儲標志和類型標志。存儲標志用于指示當前數據不屬于被參考的幀 .類型標志用于指示圖像數據的類型。這樣的結構便于信息的封裝和對信息進行更好的優先級控制，適合多種傳輸網絡和存儲媒體。 NAL 支持各種網絡，包括 : ? 任何使用 RTP/IP 協議的實時有線和無線 Inter 服務 。 ? 作為 MP4 文件存儲和多媒體信息文件服務 。 ? MPEG2 系統 。 ? 以及 ,其它網絡。 11 分片與宏塊 一個宏塊包括視頻幀中一 個 16x16 大小的編碼數據 (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行編號。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或多個分片進行編碼，每個分片包括整數個宏塊。編碼的各分片之間彼此不相關，這樣有利于抑制誤碼擴散。 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測，每個預測塊至多可使用一 個運動補償預測信號。 ? 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測，每個預測塊 使用兩個運 動補償預測信號。 ? 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，達到隨機讀取數據進行解和