基于H.264编码的视频发送/接收系统的设计*

雷惊鹏

(1.合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥23000;2.安徽国防科技职业学院信息工程系，安徽六安237011)

视频泛指将一系列静态影像以电信号方式加以捕捉、纪录、处理、储存、传送与重现的各种技术.不断发展的网络技术和网络带宽的快速增长，使视频业务应用得以普及.

视频信息由于其直观性，容易被人的视觉接受.由于其包含的信息量极大，因此需要有良好的带宽支持.在诸多形式的多媒体应用中，低延迟是传输的基本要求，用户对视频信息的延迟和对延迟的变化相对比较敏感.但是在传输中偶尔因为数据帧丢失导致画面出现短暂停顿、流畅性欠佳等情况，则允许控制在一定的范围.对视频捕捉设备采集到的信号需要经过变换、量化等一系列操作后进行编码，例如预测编码、变换编码、统计编码，即三大经典编码方法［1］.

1 H.264编码

国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU－T)等标准化组织制定了一系列关于视频编码的标准.H.264编码标准又称作AVC(Advanced Video Coding)标准，也被称作ITU－T H.264建议和MPEG－4的第10部分的标准［2］.

相对于其他现有的视频编码标准，H.264希望在相同带宽下提供更好的视频质量.H.264将视频编解码的流程分成5个模块:帧内预测和帧间预测、变换和反变换、量化和反量化、环路滤波、熵编码.在视频通信、存储领域，H.264视频编码标准都得到了广泛应用，例如，视频电视电话会议、远程教育等.H.264编码算法划分为VCL和NAL两个逻辑层.相对于H.263+算法，H.264采用了更加灵活的VCL算法，核心压缩引擎、宏块、片等使用了新的编码语法，编码效率得到有效提高.H.264标准在VCL和NAL之间定义的接口采用分组方式，完成两个层次间的系统层分割，使得VCL和NAL可以独立完成各自的任务.

H.264视频编码标准也在不断地修订和完善，目前对它的理论研究主要集中在分析其算法结构和视频信号延时，以有效提高视频压缩效率.编码时帧间预测的运动估计和模式选择耗费了大量的时间［3］，对视频压缩编码的效率有很大影响，而类似运动估计、快速模式算法等固定算法的形成，加深了对该运动估计和模式的研究，有效提高了视频压缩的能力和视频信息的实时稳定性.在极低码率(32－128Kbps)的情况下，H.264与MPEG－4相比具有性能倍增效应，即:相同码率的H.26L媒体流和MPEG－4媒体流相比，H.26L拥有大约3个分贝的增益(画质水平倍增).32Kbps的H.26L媒体流，其信躁比与128K的MPEG－4媒体流相近.即在同样的画面质量下，H.264的码率仅仅为 MPEG－4的四分之一［4］.

本文借助开源代码实现了基于H.264编码的网络视频发送和接收系统，客户端接收并对数据解码后进行播放.在视频实时传输业务中可以采用.

2 基于H.264编码的视频发送/接收系统

2.1 系统框架

本文提出的视频发送/接收系统的总体框架如图1所示:

图1 基于H.264编码的C/S架构视频发送/接收系统

(1)视频采集设备作为信息来源，负责视频信号的接收和预处理;

(2)服务器端利用编码函数encode()，完成以下主要工作:

1)初始化编码器参数;

2)为待编码帧分配内存空间;

3)循环完成帧层次编码.

(3)客户端利用解码函数完成数据解码，并进行播放.

2.2 关键过程

服务器端需要对H.264视频流进行RTP打包，经过封装后，形成适合网络传输格式的数据包.

(1)编码器选用开源的T264编码器，主要由六部分组成:帧内预测、帧间预测、DCT变换和量化、Zigzag扫描、环路滤波、熵编码［5］.

(2)T264_encode()编码函数调用eg_init()函数对视频码流进行指针初始化，调用decision_slice_type函数()判断当前的帧类型，根据确定的类型调用相关函数初始化NAL［6］单元头信息，最后再通过T264_encode_frame()函数进行编码，并将编码后的数据写入NAL单元结构中.设计传输使用的RTP数据头如下:

编码函数T264_encode()主要完成编码器参数初始化及T264结构体的初始化，并为待编码的原始图像帧分配内存空间.

(3)编码Filter的基类选择CTransformFilter，以适应不同类型的传输媒体.该类的实现中，通过CheckInputType函数完成对媒体类型的检查.Filter经编译后生成T264Encoder.ax文件，对该文件注册后即可作为独立的COM组件.

(4)在服务器和客户端可加入缓存机制，实现对视频抖动的控制.

3 结语

通过修改开源的T264编解码器能实现基于H.264编码视频的采集与播放，对信息传输的质量控制是需要在此基础上进一步改进的工作.设置基于终端的QoS解决策略有助于视频传输质量的改进和控制，通过在终端增加速率控制、误码控制等QoS机制，在网络相对稳定的条件下能够做到一定的QoS保证，从而提高图像的质量.

［1］蔡安妮，孙景鳌.多媒体通信技术基础［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［2］毕厚杰.新一代视频压缩编码标准——H.264/AVC［M］.北京:人民邮电出版社，2005.

［3］梁睿.H.264帧间预测模式选择和快速运动估计优化算法［EB/OL］.http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/200701 －151，2007 －01 －12.

［4］吴峰，贝悦，李辉.H.264 编码新技术展望［J］.软件，2011，(11):73－75.

［5］谭超，王库，傅颖.基于DM642的X264开源代码实现的研究［J］.微计算机信息，2007，(35):181 －183.

［6］孔群娥，曾学文，刘马飞.基于x264实现H.264的时域可伸缩编码［J］.微计算机应用，2011，(3):24 －28.