视频源播放软件设计与开发硕士论.doc

论文题目视频源播放软件设计与开发专业学位类别工 程 硕 士学号201192230428作 者 姓 名姜寅寅指 导 教 师顾小丰 高工分类号密级UDC 注 10 位 论 文 视频源播放软件设计与开发（题名和副题名）姜寅寅（作者姓名）指导教师顾小丰高 工电子科技大学成 都冯 健高 工太原市重工股份有限公司太 原（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士软 件 工 程工程领域名称提交论文日期 2014.3.25论文答辩日期2014.5.23学位授予单位和日期 电子科技大学2014 年 6 月 25 日答辩委员会主席评阅人注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号。2THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF HUMAN RESOURCE MANAGEMENT SYSTEMBASED ON .NETA Master Thesis Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaMajor:Master of EngineeringAuthor:Jiang YanYanAdvisor:Gu XiaoFengSchool :School of Information and Software Engineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。作者签名：日期： 年 月 日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期： 年 月 日0 要 0 要 数字视频技术是国家重点发展的信息产业领域的重要组成部分，随着宽带网 络和数字电视的迅速发展，特别是在数码相机、数码摄像机等高科技产品的推动 下，视频点播、交互电视、视频网站等应用需求越来越广泛，视频采集和图像压 缩方式也在不断发展和演进。在传统数字视频处理中，通常利用人眼对色度信号 不敏感的特性，将 RGB 基色信号表示为 YUV 色差信号，这样可以适当去掉一些 色度信号分量，而对图像质量不会产生较大的影响，从而减少图像的数据量。图 像数据存在冗余，特别是存在的空间冗余使得图像压缩成为可能。同时，目前视频播放器均不能直接播放 YUV 格式的视频源序列，对研究视频 压缩编码率的工作带来了很大不便，使得他们不能直接用肉眼观察到视频源序列 的内容而只能用程序分析其中的数据。本论文针对以 MFC 为基础，视频源序列的 播放实现为目标，设计一个播放软件。先详细分析了研究视频播放所要设涉及的 一些基础知识，包括：对视频源播放软件系统设计原理、YUV 格式技术、MFC 技术框架、系统架构技术等相关技术进行分析研究。在此基础上，论文基于视频源 播放软件系统需求，详细阐述了如何实现颜色空间转换模块，分辨率设置模块和 播放等功能，并给出了关键部分的代码。最后，对设计实现的视频源播放软件系统进行实验论证对比，经过实验验证， 软件系统实现视频源序列的播放，在播放过程中图像稳定、流畅、清晰。同时，YUV 播放器在播放过程中可以完成暂停，继续，YUV 三分量显示的功能。在整个 程序正常运行的条件下，软件成功实现了帧率设置、跳转到指定帧等方便使用的 功能。关键词：MFC，YUV，视频源序列，播放器IABSTRACTABSTRACTDigital video technology has become one of important part of the field of information industr, with the rapid development of broadband network and digital TV, especially in the promotion of digital camera, digital camera and other high-tech products, video on demand, interactive TV, video website applications more and more widely, the video acquisition and image compression mode in the continuous development and evolution. In the traditional digital video processing, usually with characteristic of human eye is not sensitive to the chrominance signal, the RGB color signals are represented as YUV color difference signal, which can properly removed some chroma component, and exerted great influence on the image quality does not, so as to reduce the amount of image data. Redundancy of image data, especially spatial redundancy existing image compression has become possible.At the same time, the video source sequence the video player can not play YUV format, which is a big inconvenience of video compression coding rate, so they cannot be directly observed with the naked eye to the source video sequence content and can only be used for program analysis of the data. In this paper, based on MFC, the video source sequence of playing as the goal, the design of a player software. Detailed analysis of some basic knowledge, play to set research includes: video player software system design principle, YUV technology, MFC framework, system architecture technology to analyze the video source. On this basis, the paper source video player software system based on demand, and describes how to realize the color space conversion module, the resolution setting module and playback functions, and gives the key part of the code.Finally, the paper makes comparison of design and implementation of video source player software system, after experimental verification, the software system to realize the video source sequence, stability, image during playback smooth, clear. At the same time, YUV player can complete pause, continue during playback, YUV three component display function. In the whole process, the software successfully realized the rate setting, jump to the specified frame convenient function.KEY WORDS: MFC，YUV，Video source sequence，video PlayerII目 录目 录 第一章 引言 .11.1 研究现状及发展态势.11.2 选题依据及意义.21.3 研究思路及方法.21.4 本文内容结构安排.3 第二章 系统设计相关技术研究 .52.1 视频播放技术.52.1.1 系统图像分辨率 .52.1.2 图像数字化 .52.1.3 图像数字化 .62.1.4 数字图像中色彩模式 .8 2.2 YUV 格式介绍.10 2.2.1 YUV 格式的分类 .10 2.2.2 YUV 采样 .102.2.3 在内存中的存储方式 .13 2.3 MFC 概述 .172.3.1 封装 .172.3.2 继承 .182.3.3 虚拟函数和动态约束 .18 2.3.4 MFC 的宏观框架体系 .182.4 视频系统实现技术.192.4.1 系统架构技术 .192.4.2 系统数据库技术 .212.4.3 系统设计语言 .222.5 本章小结.24 第三章 系统需求分析与概要设计 .253.1 系统需求分析.253.1.1 系统功能需求分析 .253.1.2 系统非功能需求分析 .263.2 系统结构设计.27III目 录3.2.1 系统设计遵循原则 .273.2.2 系统功能模块设计 .273.2.3 系统层次架构设计 .283.2.4 系统功能体系设计 .283.2.5 系统实现流程设计 .293.3 颜色空间转换功能设计.30 3.3.1 从 YUV 到 RGB 颜色空间 .303.3.2 滤波功能 .313.4 分辨率设置功能设计.323.5 播放功能设计.323.5.1 逐帧播放 .32 3.5.2 暂停播放和 YUV 三分量下播放 .353.5.3 帧率设置 .353.5.4 跳转到指定帧 .353.6 本章小结.36 第四章 系统详细设计与实现 .374.1 颜色转换模块实现.374.1.1 颜色空间转换的实现 .374.1.2 滤波功能的实现 .384.2 分辨率设置功能实现.404.3 播放功能实现.434.3.1 逐帧播放 .43 4.3.2 暂停和 YUV 三分量的播放 .474.3.3 帧率设置 .484.3.4 跳转到指定帧 .494.4 本章小结.50 第五章 系统测试 .515.1 系统测试内容及环境.515.1.1 系统测试内容 .515.1.2 系统测试环境 .525.2 系统测试用例及结果.525.2.1 播放功能测试 .525.2.2 窗口大小设置 .57IV目 录5.2.3 帧率设置测试 .575.2.4 跳转到指定帧测试 .585.3 本章小结.58 第六章 总结与展望 .596.1 总结.596.2 对未来工作展望.60 致 谢 .61 参考文献 .62V第一章 引言第一章 引言与静态信息相比，动态信息可以分为动化(animation) 信息和视频(video) 信息。这两种形式的媒体都具有实时运动感和自然真实感。所携带的信息量更丰富，也更易于被人们所接受。在信息时代。网络和数字信息化应用日益渗透人们的生活，多媒体技术的发展也从平面化转向立体化，从单纯的文本到视频、音频的结合，从单帧图象到连续的动态信息显示。而其中视频文件的应用，已广泛进入各个领域。1.1 研究现状及发展态势视频也称为影象视频，它的运动序列中的每帧画面是由实时摄取的自然景观 或者活动对象转换成数字形式而形成的，一般占用很大的比特数据量1。“视频采 集” 的名称实际上并不准确，因为它并不单单只包含“采集”的过程，采集进来的视 频流还必须进行一系列加工处理，譬如视频压缩，色系转换，噪音剔除等必要的 步骤，然后才能形成一个标准的数字视频文件。为了长久保存，这些视频文件通 常都会被刻录到光盘中或制成可播放的 VCDDVD 光盘。电视信号或录象带(videotape) 上记录的是连续的图像或视像(visual image)以及伴随视像的声音(audio)或成为伴音信号。同样，数字视频(digital video)也包括运 动图像(visual) 和伴音(audio)两部分2 。一般说来，视频包括可视图像和可听的声 音，由于伴音处于辅助位置，并且在技术上视像和伴音是同步合成在一起的，因 此具体讨论时常常把视频和视像等同，而声音或伴音则总是用 audio 来表示。随着数字化信息的发展，数码相机、数码摄像机等高科技产品的日益更新推 动了视频采集信息手段的多元化、简洁化和个性化的发展。随着技术的迅速发展， 图像、视频等多媒体数据已逐渐称为信息处理领域中主要的信息媒体形式。尤其 是视频数据，由于它能记录、保留空间和实践上的对各种信息，使得人们能够以 更逼近自然的方式获得更多的细节内容。它没有对信息源进行过多的抽象，从而 不像文本描述，虽然刻画了事物某一方面的特征信息，却丢失了许多具体的细节 信息。数字视频技术是国家重点发展的信息产业领域的重要组成部分，随着宽带网 络和数字电视的迅速发展，视频点播、交互电视、视频网站等应用需求越来越广 泛，这些应用都将共同面临大量涌现的数字化视频数据。1电子科技大学硕士学位论文1.2 选题依据及意义数字视频处理技术正在高速发展，利用先进的数字技术实施处理视频信号是 必然的发展方向。在数字视频处理中，通常利用人眼对色度信号不敏感的特性， 将 RGB 基色信号表示为 YUV 色差信号，这样可以适当去掉一些色度信号分量， 而对图像质量不会产生较大的影响，从而减少图像的数据量。图像数据存在冗余，特别是存在的空间冗余使得图像压缩成为可能。YUV 主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与RGB 视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB 要求三个 独立的视频信号同时传输）3。其中“Y” 表示明亮度（Luminance 或 Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度（Chrominance 或 Chroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。“亮度”是透过 RGB 输入信号来建立的，方法是将 RGB 信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面色调与饱和度，分别用 U 和 V 来表示。其中，U 反映了 RGB 输入信号红色部分与RGB 信号亮度值之间的差异。而 V 反映的是 RGB 输入信号蓝色部分与 RGB 信号 亮度值之间的差异4 。采用 YUV 色彩空间的重要性是它的亮度信号 Y 和色度信号 U、V 是分离的。 如果只有 Y 信号分量而没有 U、V 分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像5。彩色电视采用 YUV 空间正是为了用亮度信号 Y 解决彩色电视机与黑白电视机的兼 容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。随着多媒体技术的飞速发展，各种各样的图像压缩方法不断涌现，如 DCT 编码，小波变换编码，分型编码等，但是由于缺乏对图像本质属性，特别是图像控 件冗余度的分析和研究，类似的压缩方法的选择和使用具有较大的盲目信。目前YUV 格式是最常用的视频信号播放格式。虽然目前市面上有很多种功能强大的播放器，但是任然没有一种能够直接播放 YUV 格式的视频源序列，这对研究视频压缩编码率的工作带来了很大不便，使得他们不能直接用肉眼观察到视频源序列的内容而只能用程序分析其中的数据。本次设计的播放器可以让研究人员直观地感受视频源序列经过编码和解码后与未处理时产生的差异，而不仅仅只能看到一串串数据。1.3 研究思路及方法在研究方法方面，论文研究综合采用文献理论研究、实验设计验证对比等研究方法对视频源播放软件系统设计深入分析研究，实现了基于 MFC 的视频源序列播放器的软件设计，论文主要研究思路如下：2第一章 引言（一）视频源播放软件系统文献理论研究主要对视频源播放软件系统设计原理、YUV 格式技术、MFC 技术框架、系统 架构技术等相关技术进行分析研究。通过互联网和图书馆查阅了有关视频源播放 软件系统设计方面的研究文献，掌握了国内外以往的研究成果及最新的研究动态， 获取了相关的资料，为论文写作提供了理论基础和参考依据。（二）视频源播放软件系统实验验证对比 主要是对视频源播放软件系统需求、信息处理业务流程、存在问题及信息发布主要需求进行实地调查研究，基于视频源播放软件系统需求，详细阐述了如何 实现颜色空间转换模块，分辨率设置模块和播放等功能，并给出了关键部分的代 码，在此基础上进行实验论证对比。论文总体研究内容示意图如图 1-1 所示：图 1-1 论文总体研究内容示意图1.4 本文内容结构安排本论文的研究工作为 MFC 为基础，设计一个视频源序列的播放软件。先详细分析研究视频播放所要设涉及的一些基础知识，然后完成软件设计及实现。论文包括引言、系统设计理论与技术、系统概要设计、系统功能模块详细设计实现以及系统测试章节，论文各章节主要研究内容如下：第一章为引言部分，包括研究背景及意义、论文主要研究内容与意义、研究思路及方法以及论文的总体结构安排。第二章为系统设计相关技术研究章节，简要介绍视频播放技术的预处理知识，3电子科技大学硕士学位论文YUV 格式技术、MFC 技术框架、系统架构技术等相关技术。第三章系统地介绍了视频源序列播放器的构成，并为各模块功能的实现提出了解决办法，为详细设计做好了准备。第四章为论文核心章节，详细设计实现视频源序列播放器各模块功能如何实现，并给出了关键部分的代码。第五章完成了对程序各功能的测试，包括测试内容及环境，测试用例及结果情况。第六章对全文进行了总结。简要概述软件已经达到的主要功能，并对论文下一步研究进行了展望。4第二章 系统设计相关技术研究第二章 系统设计相关技术研究2.1 视频播放技术2.1.1 系统图像分辨率包括设备分辨率、网屏分辨率、图形分辨率、扫描分辨率和位分辨率。设备分辨率(Device Resolution)：又称输出分辨率,指的是各类输出设备每英寸上可 设备分辨率 产生的点数，如显示器、喷墨打印机、激光打印机、热蜡打印机、绘图仪的分辨率。这种分辨率通过 DPI 这个单位量来衡量，一般来讲，PC 显示器的设备分辨率在 60 至 120DPI 之 间。而打印设备的分辨率则在 180 至 720DPI之间。网屏分辨率(Screen Resolution):又称网屏幕频率，指的是打印灰度级图形或分色所用 网屏分辨率 的网屏上每英寸的点数。这种分辨率通过每英寸的行数(RPI)来标定。图形分辨率(Image Resolution):指的是图形中存储的信息量。这种分辨率有多种衡量方 图形分辨率 法，典型2.1.2 图像数字化人类传递信息的主要媒介是语音和图像。据统计，在人类接受的信息中，听觉信息占 20%，视觉信息占 60%，其他如味道。嗅觉总的加起来不过 20%。所以，作为传递信息的重要媒体和手段一图像信息是十分重要的，俗话说“百闻不如一见”“一目了然”，这都反应了图像在传递信息中的重要地位。 具有视觉效果的画面都可以称为图象。根据记录方式的不同，图像可以分为两大类：一类是模拟图像，一类是数字图像。模拟图像是通过某种物理量(光。电)的强弱变化来记录图像上各点的灰度信息，而数字图像则完全是用数字来记录图 像的灰度信息。数字图像比模拟图像易于保存，不会因为时问过长而发生失真现 象。数字图像易于用计算机处理。上面所说的灰度信息是指图像上各点处的颜色 深浅程度信息。由于我们平常用计算机对图像进行处理，所以图像一般指的是数 字图像。本章将简要介绍视频播放技术的预处理知识，先介绍图像数字化的概念，再举例列出 4 种常用的数字图像中的色彩模式。5电子科技大学硕士学位论文2.1.3 图像数字化在研究图像时，首先要对获得的图像信息进行预处理以过滤干扰噪声，作几 何、彩色校正等6。这样可提高信噪比。有时由于信息微弱，无法辨认识别，还得 进行增强。增强的作用，在于提供一个满足一定要求的图像，或对图像进行变换， 以便进行人、机分析。并且为了从图像中找到需要识别的东西，还得对图像进行 分割，也就是定位和分离。以区分处不同的东西。为了给观察者以清晰的图像， 还要对图像进行改善，即进行复原处理，它是把已经退化了的图像加以重建或恢 复的过程，以改进图像的保真度。在实际处理中，由于图像信息量非常大，在存 储及传输时，还要对图像信息进行压缩。图像处理技术基本上可分为两大类：模 拟图像处理和数字图像处理7 。模拟图像处理(Analog Image Processing)包括：光学处理(利用透镜)和电子处 理，如：照相，遥感图像处理，电视信号处理等。模拟图像处理的特点是速度快， 一般为实时处理。理论上将可达到光的速度，并可同时并行处理。电视图像是模 拟信号处理的典型例子，它处理的是活动图像(25 帧/秒) 。模拟图像处理的精度较 差，灵活度差，很难有判断能力和非线型处理能力。数字图像处理(Digital Image Processing)一般都用计算机处理或实时的硬件处 理，因此也称为计算机图像处理(Computer Image Processing) 8。其优点是处理精 度高，处理的内容复杂，可进行复杂的非线型处理，有灵活的变通能力，一般来 说只要改变软件就可以处理不同的内容。其缺点是处理速度还是一个问题，特别 是进行复杂的处理更是如此。一般情况下处理静止画面居多。将模拟图像信号转交为计算机处理信号的过程称为数字化9。通常的图像都是模拟图像，模拟图像又称连续图像，可用一个二维连续函数 f(x，y)来表示，其中(x，y) 是图像平面上任意一个二维坐标点，f 指出该点颜色的深浅(灰度)。为了便于计算机对这些模拟图像进行处理，图像 f(x，y)必须在空间上和颜色深浅的幅度上进 行数字化。要将模拟图像数字化成数字图像有两个过程：一是采样，二是量化。 空间坐标(x，y)的数字化被称为图像采样，颜色深浅幅度的数字化被称为灰度级量 化。因为图像是-维 qz 面上的强度分布，所以，为了把图像数字化，必须在空间 点阵上采样和灰度量化。被采样的点称为像素，采样的精度随图像的种类而不同。 因此。所谓数字图像就是灰度值的二维数组。图像数字化示意如下图，在图象处 理中，最常用的空间点阵是下图所示的正方形点阵。（一）采样和量化一幅图像的 X 和 Y 坐标及幅度可能都是连续的。为了把它转换维数字形式， 必须在坐标和幅度上都作取样操作。数字化坐标值称为取样，数字化幅度值称为6第二章 系统设计相关技术研究量化10 。空间坐标的离散化叫做空间采样。它是把时间和空间上连续的图像变换成为离散点集(像素)的一种操作。一般是对图像 f(x，y)用矩形网格采样。在二维平面上按一定间隔从上至下按行扫描