一种基于dsp的视频转码器设计

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1、一种基于DSP的视频转码器设计来源：《中国多媒体通信》                浏览：1534次文/北京邮电大学通信网络综合研究所   陈涛 刘勇 摘要：介绍了转码技术的原理，针对不同的应用场合分析了转码器的各种实现结构，并提出了在设计转码器时应主要考虑的方面。结合作者所做的实际工作，提出了一种利用DSP实现转码器的方法。同时，具体介绍了实现转码器时所采用的硬件和软件结构。利用实验数据分析了转码器的性能，进而验证了所设计转码器的可行性。最后，展望了未来网络技术和数字多媒体技术的发展，并提出视频转码技术将成为今后视频应用领域中的热点与主流。 

2、关键词：转码器 DSP 码率转码 H.264　　自20世纪90年代以来，伴随着网络技术和数字多媒体技术的迅速发展，音视频编码技术开始走进人们的生活，音视频编码技术发展迅速，多媒体通信技术逐渐呈现了越来越重要的价值。在音视频编码技术快速发展的过程中，各个标准组织针对不同的多媒体应用建立了多种视音频编码标准。如ITU-T和MPEG组织联合针对低比特率双向视频传输应用环境所制定的H.264视频编码标准；MPEG组织面向广播级高质量视频应用环境所制定的MPEG-2视频编码标准以及面向流媒体和交互式多媒体应用环境所制定的MPEG-4视频编码标准等。在许多实

3、时应用中，需要根据不同的多媒体应用终端以各种不同的编码参数将视频数据压缩成为各种不同的编码格式。而这些实时应用通常要求视频数据在各种编码格式之间实现动态实时转换。而音视频转码技术正是在这样的背景下应运而生的。视频转码对压缩的视频码流进行端到端的处理，使得转码后的压缩码流更能适应传输信道带宽以及接收端的要求。视频转码技术能够灵活地支持多种媒体格式，并且具有较高运算能力、低成本和灵活等的特点。它已成为数字多媒体服务发展的一项重要技术。鉴于此，本文对转码技术的主要原理、模块及其特点，以及其中采用的主要技术进行了分析介绍，并在此基础上提出了一种利用DSP

4、实现转码器的设计方法。这种设计方法既考虑到了现实应用中，对低成本、使用灵活方便及便于扩展等特性的需要，又充分考虑到了运算速度、处理精度等重要的性能指标，特别适用于实时转换视频压缩数据的应用。下面我将从视频转码技术的理论基础、视频转码器的实现结构、基于DSP的软硬件框架及实验数据分析等方面对所做的转码器进行分析和介绍。 一、视频转码技术视频转码就是将视频信息由一种编码格式转换成另一种编码格式的编码方法。执行视频转码操作的设备叫做视频转码器。视频转码包含两方面含义：（1）在同一视频编码标准中转换，例如将视频数据由一种编码速率转换成另一种编码速率；这种

5、转码方法复杂度低，可操作性强；（2）在不同视频编码标准中转换，将由一种标准压缩的视频数据转换成由另一种标准压缩的视频数据；这种转码方法复杂度高，其实质是一个重新编码的过程，涉及的算法复杂度和系统开销是由转码所需图像质量要求及转码前后两种编码方式的相关度所决定的。最简单的转码器就是将解码器和编码器直接级联（如图1所示），解码器对输入数据解码后再送入编码器进行编码。然而，这种方式计算量太大，并不实用。事实上，视频转码就是在比特率、图像质量、转码速度三者之间取得折衷，针对不同的应用，对这三者赋予不同的优先等级。图1 解码器和编码器直接级联的转码器示意图

6、对于移动通信中的应用，分辨率通常较低，比特率也自然较低，对图像质量则要求不高。通常会采取诸如丢弃B帧的方法来减小帧率，二次量化参数也要参考信道带宽而确定，这就要求信源编码和转码过程与信道结合起来。本文所要介绍的转码器主要针对IP网络或移动通信条件下传输视频图像等的应用。因此，对转码后的输出码率及实时性要求较高，而对图像质量则要求不高。 二、视频转码器中的主要算法原理1．同类视频转码同类视频转码指把同一种编码标准的视频数据流从适合某一传输环境的压缩形式转换成适合于另一传输环境的压缩形式。此时转码技术用于动态调整视频流码率，来适应不同的网络带宽要求，

7、包括格式转码、码率转码，运动矢量重用以及压缩域转码等。如前所述，本文所要介绍的转码器，主要应用在无线网络、IP网络上实时传输视频数据，并且采用了处理速度快、实时性强的一点对多点类型的结构。因此，转码器中主要有四大模块，即编码模块、解码模块、图像尺寸变换模块以及码率控制模块（如图7所示）。针对这一特点，本文在算法原理方面主要介绍空间分辨率转码、码率转码以及运动矢量重用等三项重要技术。⑴空间分辨率转码空间分辨率转码可分为两类：分辨率由高到低(下采样)和分辨率由低到高(上采样)。通常采用的两种不精确的图像尺寸下采样方法是像素抽取和双线性内插。像素复制、

8、线性插值和近似理想低通滤波器等算法能实现高性能任意变换比例的图像尺寸转码。仿真结果表明滤波器算法的图像质量最好，但运算也最复杂；像素复制