臺灣博碩士論文加值系統

近年來多媒體科技的快速發展，加上網際網路的盛行，使用者對於視訊的需求也就相對的提高。但網路頻寬的提昇速度緩慢，而視訊資料量卻有越來越龐大的趨勢。因此，如何在顧及經濟效益，又不在傳輸或儲存時影響視訊品質兩項要求下，許多的壓縮技術與規格就如雨後春筍般出現，且根據應用領域的不同，有就有了不同的應用標準。
本論文以MPEG-1視訊壓縮編碼標準為基準，以軟體的方式，欲設計一個即時的解碼系統與編碼系統。包括離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform，DCT)、量化(Quantization)、可變長度編解碼單元(VLC)、移動預估補償單元(Motion Estimation)的最佳化，以及應用雙緩衝區採多緒(Multithread)執行的討論與設計。

With the advance of multimedia technologies, the demand of video applications grows dramatically. However, due to the fact that data size of digital video is huge and thus adopting some efficient data compression techniques is required to reduce the storage space and communicates bandwidth for storing and transmitting.
This thesis designs a software decoder and encoder that are compiled with MPEG-1 standard. the design include DCT, quantization, VLC, motion estimation units. The research also employs double buffer and multithread techniques to speed up the performance of the encoder and decoder.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖例 VII
表例 IX
第一章 緒論 1
1.1 數位視訊的發展 1
1.2 MPEG視訊標準 2
1.3 研究動機 3
1.4 論文架構 3
第二章MPEG影像壓縮技術 5
2.1 壓縮基本理論 5
2.2 MPEG視訊壓縮理論 5
2.3色彩模式與取樣格式 7
2.3.1 色彩模式 7
2.3.2 取樣格式 7
2.4 離散餘弦轉換(DISCRETE COSINE TRANSFORM) 8
2.5 量化(QUANTIZATION) 10
2.6 ZZ掃瞄（ZIGZAG SCANNING ORDER） 12
2.7 移動補償(MOTION COMPENSATION) 13
2.8 移動預估(MOTION ESTIMATION, ME) 14
第三章 MPEG 視訊編碼系統 16
3.1 MPEG系統架構 16
3.1.1系統層 (System layer) 17
3.2 MPEG視訊架構 17
3.2.1序列層 (Sequence layer) 18
3.2.2 GOP層 (Group of picture layer) 18
3.2.3圖片層 (Picture layer) 20
3.2.3切片層 (Slice layer) 21
3.2.4巨集區塊層 (Macroblock layer) 23
3.2.5區塊層 (Block layer) 25
3.3 MPEG編解碼處理程序 26
第四章 常見之移動預估演算法 29
4.1 區塊匹配演算法(BLOCK-MATCHING ALGORITHM) 29
4.2 區塊匹配程度之測量標準 30
4.3 完全搜尋演算法(FULL-SEARCH BLOCK MATCHING ALGORITHM) 32
4.4 快速區塊匹配演算法(FAST BLOCK-MATCHING ALGORITHM) 34
4.4.1 三步搜尋演算法(Three-step Search Algorithm) 34
4.4.2 移動傾斜逼近演算法(Block-Based Gradient Descent Search Algorithm) 36
第五章解碼器實作 38
5.1解碼器架構 38
5.2播放速度的提昇 39
5.2.1 IDCT單元 41
5.2.2移動補償改善 (Advance Motion Compensation) 42
5.2.3顯示 (Display) 43
5.2.4統一使用整數資料型態 44
5.3 解碼器問題與討論 45
5.3.1 Skipped Macroblock 45
5.3.2 Slice Start Code 46
5.3.3 圖片補償問題 46
5.3.4 雙緩衝區(Double buffer) 47
第六章 編碼器實作 49
6.1 編碼器架構 49
6.2 編碼器問題討論 51
6.2.1 影像品質 51
6.2.2 畫面集合群的編定 53
第七章 結論 55
參考文獻 57
作者簡介 59

[1] ITU-T Rec. H.262, ISO/IEC 13818-2: Information Technology-Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information, Part2: Video, Draft International standard, 1994.
[2] K. R. Rao, J. J. Hwang, Techniques and Standards for Image, Video, and Audio Coding, Prentice Hall PTR, 1996.
[3] A. Murat Tekalp, Digital Video Processing, NJ: Prentice Hall, 1995
[4] H. R. Lewis, Larry Denenderg, Data Structures And Their Algorithms, New York,NY :HarperCollins Publishers,1991.
[5] R. , “Data compression in multimedia computing - standards and systems Multimedia Systems”, Volume 1, Number 5, p 187 - 204, March 1994.
[6] J. L. Mitchell, W. B. Pennebaker, C. E. Fogg, and D. J. LeGall, MEPG Video Compression Standard, Chapman & Hall, 1996.
[7] B.A. Wandell, “Foundation of Vision”, Sunderland, Sinauer Associates Inc., 1995.
[8] W.B. Pennebaker, J. L. Mitchell, JPEG Still Image Data Compression Standard, New York :Van Nostrand Reinhold,1992
[9] ISO/IEC 11172: Information Technology — Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage Media at up to about 1.5 Mbits/s, ISO/IEC JTC1/SC29, 1993.
[10] 施威銘, PC影像處理技術(二), 旗標出版社, 民83.
[11] B. Furht, J. Greenberg, R. Westwater, Motion Estimation Algorithms for Video Compression, Kluwer Acdemic Publishers, New York, NY 10013-1578, 1997.
[12] 洪嘉敏，影像編碼之即時壓縮架構，國立台灣科技大學電機技術工程系研究所碩士論文，民國八十七年。
[13] ISO/IEC DIS 13818: Information Technology — Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information, ISO/IEC JTC1, 1994.
[14] 馬肇亨，以積分投影法為運算依據之快速階層式移動預估器之設計，國立台灣科技大學電機技術工程系研究所碩士論文，民國八十七年。
[15] A. Costa, A. D. Gloria, Ploria, P. Faraboschi and F. Passaggio, “A VLSI archiecture for hierarchical motion estimation”, IEEE Transatctions on Consumer Electronics, Volumn. 41, Number.2, pp.248-257, 1995.
[16] L. Luo, C. Zou, X. Gao, and Z. He, “A new prediction search algorithm for block motion estimation in video coding”, IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol. 43, No. 1, pp.56-61, 1997.