IP可視電話系統(tǒng)
6.9萬字 83頁
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摘 要
可視電話使人們在通話時能夠看到對方影像，是一種發(fā)展前景看好的多媒體通信設備，它不僅適用于家庭生活，而且還可以廣泛應用于各項商務活動、遠程教學、安防監(jiān)控、醫(yī)院護理、醫(yī)療診斷、科學考察等不同行業(yè)的多種領域。隨著科學技術的進步和人民生活水平的提高，打破了原先的技術條件和經(jīng)濟狀況的限制，大規(guī)模發(fā)展可視電話成為可能。尤其是面對突如其來的“非典”疫情，各大通訊公司以最快的速度為省城各大醫(yī)院開通了可視電話，協(xié)助全社會戰(zhàn)勝“非典”病魔起著很大的作用。

為此，我們進行了基于H.323和Trimedia TM1300處理器芯片的IP可視電話系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。H.323是ITU－T推出的用于IP分組網(wǎng)絡的多媒體通信終端協(xié)議，Trimedia TM1300處理器芯片是Philips公司推出的一種基于多媒體應用的具有VLIW指令，含有128個通用寄存器，32位的高性能處理器，它能夠通過編程實現(xiàn)通信協(xié)議，完成高質量的音頻、視頻處理和網(wǎng)絡接口。我們設計的IP可視電話系統(tǒng)主要集中在音視頻編解碼的實時實現(xiàn)、H.323協(xié)議棧的實現(xiàn)、一些必要的網(wǎng)絡通信協(xié)議如PPPoE、SMTP、POP3、IMAP、DHCP等實現(xiàn)，在保證壓縮音視頻的QoS質量的同時，盡可能地發(fā)展各種增值業(yè)務服務如郵件系統(tǒng)、瀏覽網(wǎng)頁和組成家庭智能系統(tǒng)等。

本文主要針對作者在實現(xiàn)IP可視電話系統(tǒng)中所從事的研究工作而展開的，將重點放在IP可視電話系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧在pSOS+上的移植、網(wǎng)絡通信協(xié)議如PPPoE、PPP、SMTP、IMAP、POP3、DNS、DHCP等協(xié)議的實現(xiàn)、H.263視頻編碼及其碼率控制算法研究、視頻編碼中基于程序結構和TM1300 DSP專用指令的優(yōu)化方法，同時初步介紹H.323、SIP、H.264及嵌入式系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)(RTOS) pSOS+。在第一章中先簡介IP可視電話系統(tǒng)的發(fā)展歷程、前景和軟硬件框架結構，然后簡要說明作者的研究工作。在第二章中闡述了ITU-T的H.323、IETF的SIP多媒體框架協(xié)議以及它們之間的比較。在第三章中闡述了基于IP的網(wǎng)絡通信協(xié)議的實現(xiàn)，主要是OpenBSD中的TCP/IP協(xié)議棧在pSOS+上的移植和PPPoE、PPP、SMTP、IMAP、POP3、DNS、DHCP協(xié)議、嵌入式Web服務器的實現(xiàn)，然后介紹如何利用RTP/RTCP來檢測網(wǎng)絡有效帶寬，其中的網(wǎng)絡有效帶寬就是在第六章提出的碼率控制算法中確定目標幀率的依據(jù)之一。在第四章中主要闡述了H.261、H.263、H.263+標準的內容及其比較、H.264標準及其與H.263編碼性能的比較。在第五章中闡述了H.263視頻編碼中基于程序結構和TM1300 DSP專用指令的優(yōu)化方法。在第六章中詳細闡述了視頻編碼中的關鍵技術之一的碼率控制算法，其中提出了一種簡單、有效、適合網(wǎng)絡帶寬抖動的自適應可變幀率的碼率控制算法。


【關鍵詞】可視電話 H.323 TM1300 PPPoE RTP/RTCP H.263 碼率控制
Abstract
IP video phone provides face to face communication service and is a hopeful product. It is not only fit for the family life, but also widely applied in various business affairs, long-distance teaching, secret monitor, hospital nurse, medical treatment , science research and other fields. Now with the developing of modern science and technology and the improvement of living level, the technology and the finance status limits are overcomed and the time of developing video phone is coming. It was well known that various communication companys presented lots of hospitals video phones in time when sars arised suddenly, which played an important role in contributing to the overcoming of the disaster.

So we design a video phone system based on H.323 and Trimedia TM1300 DSP.
H.323 is the standard about multimedia communication released by ITU-T. TM1300 including a very powerful, general-purpose VLIW processor core (the DSPCPU) that coordinates all on-chip activities is a media processor for high-performance multimedia applications that deal with high-quality video and audio. The DSPCPU implements a 32-bit linear address space and 128, fully general-purpose 32-bit registers. The video phone system designed by us is mainly the real-time implement of A-V codec、the implement of H.323 protocol stack and the implement of the network communication protocol for example PPPoE、SMTP and POP3 etc. So we not only ensure that the QoS of the A-V codec’s datum, but also develop the increment services for example E-mail system and browser etc.

The paper will emphasis on the graft and realization of the internet protocols、H.263 video codec、rate control algorithms for video encoder and optimization methods of the codec based on TM1300. H.323、SIP、H.264 and pSOS+ are also simply introduced. In the first chapter, the developping history and foreground of IP video phone and the system framework of the video phone including hardware and software framework are introduced. Then the research work is also introduced in this chapter. In the next chapter, H.323、SIP、the difference of H.323 and SIP are introduced. In the third chapter, the graft of TCP/IP in OpenBSD on pSOS+ and the realization of the internet protocols including PPPoE、PPP、SMTP、POP3、IMAP、DNS、DHCP, embedded WEB server and how to estimate network state used by RTP/RTCP are introduced. In the fourth chapter, firstly H.261、H.263、H.263+ standards and their differences are introduced. Secondly the improved H.264 standard and the performance comparison of the H.263 and H.264 are introduced. In the fifth chapter, some optimization methods about program structure and optimization methods based on TM1300 are introduced. In the sixth chapter, the research of rate control methods which is the most difficult in my study is introduced.


[keywords] videophone H.323 TM1300 PPPoE RTP/RTCP H.263 rate control

目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 I
第1章 概 述 1
§1.1 可視電話系統(tǒng)的發(fā)展歷程與前景 1
§1.2 可視電話系統(tǒng)的框架結構 1
§1.3 研究工作的簡要說明 5
第2章 H.323或SIP多媒體框架協(xié)議在可視電話系統(tǒng)中應用 6
§2.1 H.323多媒體框架協(xié)議 6
§2.2 SIP多媒體框架協(xié)議 8
§2.3 H.323和SIP多媒體框架協(xié)議的比較 10
第3章 IP可視電話中網(wǎng)絡通信協(xié)議的實現(xiàn) 11
§3.1 OPENBSD中的網(wǎng)絡協(xié)議棧在PSOS上的移植 11
§3.2 PPPOE協(xié)議實現(xiàn) 15
§3.2.1 PPPoE協(xié)議內容 16
§3.2.2 PPPoE協(xié)議的數(shù)據(jù)格式 16
§3.2.3 PPP協(xié)議中FSM的實現(xiàn) 17
§3.2.4 PPP協(xié)議中LCP的實現(xiàn) 18
§3.2.5 PPP協(xié)議中UPAP和CHAP的實現(xiàn) 19
§3.2.6 基于pSOS+的PPPoE協(xié)議具體實現(xiàn)過程 21
§3.3 SMTP、POP3、IMAP、DNS、DHCP協(xié)議實現(xiàn) 23
§3.3.1 SMTP協(xié)議的實現(xiàn) 23
§3.3.2 POP3協(xié)議的實現(xiàn) 27
§3.3.3 IMAP協(xié)議的實現(xiàn) 28
§3.3.4 DHCP協(xié)議的實現(xiàn) 30
§3.3.5 DNS協(xié)議的實現(xiàn) 31
§3.4 嵌入式WEB服務器的實現(xiàn) 32
§3.4.1 嵌入式Web服務器 32
§3.5 利用RTP/RTCP檢測網(wǎng)絡狀態(tài) 34
第4章 從H.261到H.264看視頻編碼標準的進展 37
§4.1 H.261、H.263、H.263+的標準比較 37
§4.2 H.264標準 39
§4.3 H.264和H.263的編碼性能的比較 43
第5章 基于TM1300的H.263編碼器程序的優(yōu)化 45
§5.1 編碼器優(yōu)化技術的基本思想 45
§5.2 基于程序結構的優(yōu)化 46
§5.3 基于專用指令的優(yōu)化 50
第6章 視頻編碼中碼率控制的研究 54
§6.1 碼率控制技術的背景 54
§6.2 幾種重要的碼率控制算法 56
§6.2.1 TMN8的介紹 56
§6.2.2 TMN11中自適應可變幀率 60
§6.2.3 基于率失真優(yōu)化的碼率控制技術 63
§6.3 適合網(wǎng)絡帶寬抖動可變幀率的碼率控制 65
§6.3.1 適合帶寬抖動的自適應可變幀率的幀級層次碼率控制 65
§6.3.2 基于SAD的宏塊級層次碼率控制 71
§6.3.3 實驗結果 72
結 束 語 74
參 考 文 獻 75
本文作者碩士期間發(fā)表的文章 78
致 謝 79




參 考 文 獻
[1] 浙江大學碩士學位論文 《基于IP的可視電話中H.263+編碼器的實現(xiàn)及其優(yōu)化》 楊俊智 2003年2月
[2] 浙江大學碩士學位論文 《基于IP的可視電話設計及實現(xiàn)》 吳旭東 2003年2月