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硕士学位
论文 基于
Android 的 H.264/AVC 解码器 H.264/AVC VIDEO DECODER DESIDNAND IMPLEMENT BASED ON
ANDROID 井洪亮 哈尔滨工业大学 2010 年 12 月国内图书分类号: 学校代码:10213国际图书分类号: 密级:公开 硕士学位
论文 基于
Android 的 H.264/AVC 解码器 硕 士 研 究 生 : 井洪亮 导 师: 王鸿鹏教授 申 请 学 位: 工学硕士 学 科: 计算机科学与技术 所 在 单 位: 深圳研究生院 答 辩 日 期: 2010 年 12 月 授予学位单位: 哈尔滨工业大学Classified Index:U.D.C: Dissertation for the Master Degree H.264/AVC VIDEO DECODER DESIGN AND IMPLEMENT BASED ON ANDROIDCandidate: Jing HongliangAssociate Supervisor: Prof. Wang HongpengAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpecialty: Computer Science and TechnologyAffiliation: Shenzhen Graduate SchoolDate of Defence: Dec 2010Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位
论文 摘 要 手机已经成为人们生活中必不可少的电子产品。
智能手机的普及使用和3G 时代的到来,使得流媒体技术和视频通话等成为可能。
但是由于无线通信网络自身的传输率低、网络不稳定等特点,一般的视频标准在无线网络中的传输质量很差。
H.264/AVC 作为目前最先进的视频压缩标准,在压缩效率、码流质量和容错性等方面有着良好的表现,适合于无线网络的传输应用。
为了在智能手机上实现 H.264 解码,本文在研究分析几种开源解码库之后,将基于 PC 机的 H.264 解码库移植到
Android 平台。
Android 智能手机操作系统是 Google 公司最新推出的一个智能手机平台。
Android 手机系统无须版权费,是一个开源的平台系统。
开发人员可以在该系统上快速开发,并可以利用其他开发人员的工作成果。
它有自己的内存管理控制、自己支持的标准 C 等。
为了在
Android 上实现流畅的视频解码,需要对解码库进行优化移植。
本文设计 并实现 了基于
Android 的 H.264 视频解码器, 最终目 的是在
Android 上实现流畅的视频解码。
本文的主要创新点体现在: 从开源的 FFmpeg 解码库中提取 H.264 解码部分,实现解码器从 PC 机 到
Android 平台的移植。
基于
Android 操作系统,设计实现了 H.264 解码需要的接口,并完成解 码器客户端的实现。
关键词 H.264;FFmpeg;
Android 操作系统 -I- 哈尔滨工业大学工学硕士学位
论文 Abstract Mobile phones have become essential electrocnic products in peoples lives.With the coming of 3G era and the increasing use of smartphones streaming mediatechnology and video calling are becoming possible. However since the lowtransmission rate and unstable characteristics of the wireless network the genrealvidoe standard has poor quality in the wireless network. As the most advancedvideo compression standard H.264/AVC has a good performanc in thecompression efficiency stream quality and fault-tolernat. It is suitable for wirelessnetwork transmission applications. In order to realize decdoing H.264 data on the smart phone this paperanalysises of several open source decoding librarys and works on porting H.264decoder based on the PC’s to the
Android platform.
Android smart phone operatingsystem platform is one of Googles latest lauth of mobile platform which includesan operating system a middleware and some critical applications. Androidoperating system does not need any royalty changes. It is an open source plateform.Developers can quickly develop on the system and can use the results of the workby other developers. It has its own memory management control the support of thestandard C far from being perfect and so on. In order to achieve decoding H.264video data on the
Android OS we need to optimize and port the decoding library. This paper has designed H.264 video decoder based on the
Android OS andthe ultimate goal is to achieve further smooth video decoding. The maininnovations of the article are as follws: Cut the core code of H.264 decoder in the FFmpeg library and realizing transplantation from PC to the
Android platform. Design the interface of H.264 decoder and implement the decoder client on
Android platform.Keywords H.264 FFmpeg
Android OS - II - 哈尔滨工业大学工学硕士学位
论文 目 录摘 要 .................................................................................................................................... IAbstract ................................................................................................................................II第 1 章 绪论 ........................................................................................................................ 1 1.1 课题背景 ................................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 ................................................................................ 2 1.3 本文主要研究工作 .................................................................................................. 3 1.4 本文的结构 ............................................................................................................... 4第 2 章
Android 平台及 H.264 标准简介 ..................................................................... 5 2.1
Android 开发平台 .................................................................................................... 5 2.2
Android 系统平台特性和架构 .............................................................................. 7 2.2.1 Linux 内核 ......................................................................................................... 8 2.2.2 Lib 库和运行环境 ........................................................................................... 8 2.2.3 框架层 ................................................................................................................ 9 2.2.4 应用层 ................................................................................................................ 9 2.3 H.264 标准简介 ....................................................................................................... 9 2.4 H.264 结构 .............................................................................................................. 10 2.4.1 H.264 的档次和级别 ..................................................................................... 10 2.4.2 H.264 视频格式和编码数据格式 ............................................................... 11 2.5 H.264 技术优势 ..................................................................................................... 13 2.5.1 更高压缩率和图像质量 ............................................................................... 13 2.5.2 网络友好性 ..................................................................................................... 13 2.5.3 抗误码技术 ..................................................................................................... 14 2.6 本章小结 ................................................................................................................. 15第 3 章 H.264 算法及解码器移植实现 ....................................................................... 16 3.1 H.264 编解码原理 ................................................................................................. 16 3.2 H.264 核心算法 ..................................................................................................... 17 3.2.1 帧内预测和帧间预测 .................................................................................... 17 3.2.2 变换与量化 ..................................................................................................... 22 3.2.3 熵编码 .............................................................................................................. 22 3.3 H.264 解码方案研究与选择 ............................................................................... 24 - III - 哈尔滨工业大学工学硕士学位
论文 3.4 解码器裁剪与优化 ................................................................................................ 26 3.4.1 FFmpeg 关键数据结构 ................................................................................. 26 3.4.2 H.264 解码器裁剪优化 ................................................................................ 27 3.5 解码器编译移植 .................................................................................................... 28 3.5.1 生成头文件 ..................................................................................................... 29 3.5.2 本地 C 实现 .................................................................................................... 30 3.5.3 编译本地方法 ................................................................................................. 30 3.6 本章小结 ................................................................................................................. 31第 4 章 解码器客户端实现 ........................................................................................... 32 4.1 开发环境搭建........................................................................................................ 32 4.2 解码器整体设计 ................................................................................................... 32 4.3 解码流程 ................................................................................................................ 33 4.4 视频显示 ................................................................................................................ 35 4.4.1YUV 到 RGB565 色彩转换 .......................................................................... 35 4.4.2 RGB 数据显示................................................................................................ 37 4.5 解码器测试结果 ................................................................................................... 38 4.6 本章小结 ................................................................................................................ 40结 论 ................................................................................................................................. 41参考文献 ............................................................................................................................ 42哈尔滨工业大学硕士学位
论文原创性声明 ............................................................... 45哈尔滨工业大学硕士学位
论文使用授权书 ............................................................... 45致 谢 ................................................................................................................................. 46 - IV - 哈尔滨工业大学工学硕士学位
论文 第 1 章 绪论1.1 课题背景 伴随着21世纪的第一个十年的过去,全球信息产业进入又一个高速发展的时代。
2009年工业和信息化部给中国移动、中国联通和中国电信发放3G牌照,标志着我国正式进入第三代移动通信时代,中国的信息产业也开始迎来一个崭新的时代。
随着3G时代的到来,越来越多的3G产品开始进入人们的生活,而其中影响最广泛的无疑是3G手机时代的开启。
在手机行业中,这几年最吸引眼球的当属Google的
Android手机操作系统开放平台。
2007年11月5日,
Android手机操作系统正式发布,2008年9月22日,第一款
Android手机G1正式上市,2010年5月21日
Android 2.2正式发布。
目前,参加
Android手机开放联盟的包括摩托罗拉、HTC、三星、LG等手机厂商,中国移动、中国联通、沃达丰电信等移动运营商和高通、德州仪器、Intel等芯片厂家,其发展势头之猛可见一斑。
随着3G时代的到来,
Android作为一款智能手机操作系统,必将得到越来越 多的手机厂商的重视,
Android手机的发展前途也是一片光明。
随着3G时代的到来,过去那种以图像和文字等静态内容为主的业务必将慢慢退出历史舞台,手机流媒体等动态内容为主的业务将成为历史的主角。
手机网游、手机流媒体和电子商务被认为是3G时代手机应用的三大金矿。
而最受用户期待的则是手机流媒体的应用。
手机流媒体应用的最大特点就是边缓存,边播放,节省了用户的等待时间。
在多媒体技术和移动通信技术蓬勃发展的今天,音频和视频无线传输成为网络服务的核心。
通过手机流媒体观看电视直播,实现视频点播和视频通话将成为最吸引用户的手机业务。
H264视频标准的特点: H264/AVC以 下 简称H.264 是ISO国 际 标准 化 组织 /IEC国 际 电 工技 术委员会和ITU-T国际电信联盟两大国际 标准化组 织联手制 定 的 新一代视频压缩标准。
该标准的主要目的是为了满足视频会议、数字存储媒体、电视广播、网络流媒体和通信等 各种应用对高压缩比运动图像日益迫切的需求而制定的12 。
H.264标准具有更高的图像质量和更好的压缩率 、良好的网络适应性和内在的抗丢包能力、抗误码机制等。
H.264标准不仅适合于有线网络的传输,同 -1- 哈尔滨工业大学工学硕士学位
论文时也适合丢包严重、时延和抖动负责的无线信道传输。
Android 操作系统的优势:
Android OS是Google发布的基于java并运行在Linux内核上的手机操作系统。
其最大的特点是开源解决方案和众多厂家的支持。
Google与开放手机联盟合作开发了
Android,这个联盟由包括中国移动、摩托罗拉、高通、宏达电和T-Mobile 在内的 30 多家技术和无线应用的领军企业组成。
其强大的后台支持是
Android飞速发展的保证。
从
Android面世以来,
Android手机和
Android应用数量飞速增长。
2009年
Android手机发货量就达到600万部。
市场研究公司IDC称,到2013年,
Android手机将成为仅次于Symbian OS的第二大手机操作系统。
1.2 国内外研究现状及发展趋势 H.264自2003年3月颁布以来,引起了学术界和产业界的广泛关注,目前几乎所有 研究 视频 有关 的机 构和公 司都 在从 事有 关 H.264标准的 研 究和应 用开发。
作为一种新的视频国际标准,H.264在编码效率、图像质量、网络友好性和抗误码方面都有了很大的进步。
目前,对于H.264标准的研究,成果比较显著的 开源研究机构主要有以下几个: 在国 内, 对 H.264研究最 深的 当属 由中 国 视 频自由 组织 联 合会开 发的T.264。
在国外,主要有由德国HHI研究所负责开发的JM系列和法国巴黎中心学 校的 中 心 研究 所 的 学生 联 合 开 发的 X264 。
另 外 , 各大 厂 商 都 有 自己 对 于H.264标准的研究支持。
视频业务在未来几年必将成为一个迅速发展的产业。
H.264标准凭借其在视频领域标准中的优越性,业界对其研究应用和具体实现也越来越广泛。
目前主要的解决方案有以下三类 3 。
全硬件实现:能实时编解码,支持比较高的等级和应用,如支持高清 视频19201088,但是具体实现难度比较大,是最终的发展方向和目 标。
全软件实现:纯软件实现,开发过程简单,容易控制,但是实时性不 好,对于较高的应用,还无法实现实时解码。
软硬结合:目前来说,是一种比较好的解决方案。
标准中比较耗时的 部分用硬件实现,提高解码效率,其他部分用软件来实现。
随着硬件性能的不断提高和 视频工作者对H.264的不断优化,H.264已经开始从理论研究发展到实际应用。
在Apple公司推出Ipad之后,Apple宣布不支持 -2- 哈尔滨工业大学工学硕士学位
论文Flash,而采用H.264标准和HTML5之后,Ipad促进了H.264应用增长160。
随后,微软IE部门的总经理Dean Hachamovitch宣称说在IE9里将只支持用H.264标准来播放HTML5视频 4 。
在IPTV产业中,也开始慢慢由MPEG-4标准向H.264标准转变。
在智能手机领域,随着3G时代的到来,视频通话、视频点播、视频监控与H.264相结合的增值业务的发展前景十分看好。
Android作为目前研究最火热的 智能操作系统,对其各种应用的研究开发正处一个刚刚起步但是又飞速发展 的阶段。
目前,已经有58家以上的品牌及OEM 厂 商 推 出
Android 平 台 应 用 , 另 有 33 家 厂 商 表 示 也 将 在 未 来 推 出 应 用
Android平台产品;其中最热门的应用是智能手机,其次为平板电脑已经机顶盒在 内 的新 兴 产品 领 域 5 。
因 此 ,结 合 先进 的 H.264 视频 标准 和 目前 火 热的
Android智能操作系统,可以开发出多种增值业务,如无线手机视频楼宇监控、病人远程视频监护、视频点播等。
1.3 本文主要研究 工作 本
论文的开发设计是在
Android 2.1 手机.