淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-2407200717253700
中文論文名稱 H.264影像傳輸使用緩衝器管理之研究
英文論文名稱 The Reaseach of Buffer Management in H.264 Video Transmission
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 張倢銘
研究生英文姓名 Chien-Ming Chang
學號 793350298
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-06-26
論文頁數 62頁
口試委員 指導教授-李維聰
委員-潘仁義
委員-朱國志
中文關鍵字 H.264  MPEG-2  SMP8634  IPTV 
英文關鍵字 H.264  MPEG-2  SMP8634  IPTV 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 影音編碼已經成為數位家庭中,最主要的角色,隨著科技的進步,網路影音出現了多種格式和壓縮法,目前最熱門的莫過於H.264,H.264具有MPEG-1及MPEG-2所沒有的高壓縮率、高抗誤性、頻寬適應性等技術特性,他可以利用超低資料傳輸速率提供令人驚豔的畫質。由於H.264具有低資料傳輸的特性,很適合用在IPTV的應用,因為MPEG-2在傳送影音的時候,需要非常高的頻寬,所以並不適合應用於遠端傳送。
本文探討H.264的資料傳送至遠端時,網路很容易發生各種現象而讓影音資料有延遲的狀況發生,為了改善此種現象,在經過H.264晶片解碼之前,會先把H.264的資料放在SDRAM 裡的緩衝器中暫存,但若緩衝器開很大的時候,因為要等待資料下載至緩衝器後再播放影片的時間,可能會等待很久,甚至超過一分鐘以上,每次播放影片要等待太久的時間是讓人覺得煩悶的,而且也很浪費記憶體的配置,但在頻寬不足或是受到干擾的網路環境中,緩衝器最大的優點就可以讓播放影片在頻寬較不穩定的狀態下,仍舊可以很穩定的播放影片,降低影片斷斷續續的情況發生,本文所要探討的就是影像傳輸使用緩衝器的管理之研究,並透過網路分析儀模擬各種網路狀態時,調整緩衝器大小的配置和網路發生干擾或頻寬不足時,H.264的檔案資料播放情形,可以最有效率的使用緩衝器,是我們實驗的目的,不但可以讓H.264播放的更順暢,也可以節省嵌入式系統的記憶體配置。
本文使用 Sigma Design發表的SMP8634媒體處理晶片,是一個適合用在IP TV用途的STB,8634同時支援MPEG-2/MPEG-4/H.264/VC-1,執行處理方面使用300MHz的MIPS核心,我們架設了一台Linux的Server 用來傳送H.264的資料給SMP8634。透過實驗平台,模擬各種網路可能發生的因素,並調整SMP8634 緩衝器的大小,我們發現,若緩衝器調整的太小,雖然可以節省記憶體的配置,但是在播放影片時,常會因為網路狀態不穩定而導致播放的品質不穩定,若緩衝器太大,比較會浪費記憶體的配置,嵌入式系統中的RAM,因為較不像PC的RAM那麼普及,成本也較貴,所以節省記憶體是目前最重要的課題,我們將可以了解,該如何去設置Buffer的大小,不但可以讓H.264播放的更順暢,也可以進一步的達到緩衝器管理的目的 。
英文摘要 Media encorder has play an important role in the digital media home. The technology have develop fast, the network media have appear many different format and compress way. The most popular format is H.264. The H.264 have high compression ratio, high , Scalability ...etc which MPEG-1 and MPEG-2 does not have. It is can be used for low data rate transmit to provide the beautiful (high solution) pictures for it. Since the H.264 have low data transmit specialty, its very suitable to use on the IPTV, because during the MPEG2 convey the imagine, its require very high bandwidth which is not suit to use on the far transmission. This paper is to discuss during the H.264 transmit the data to far side, the Internet is very easy to appear the phenomenon that will delay the media data. In order to improve this situation, the H.264 data will store in the SDRAM’s buffer temporary before passing through the H.264 chipset. However, if the buffer temporary open very big, its may wait too long for the data to download into the bumper to broadcast the film, the timing may wait over a minute which cause inconvenient to people and waste the memory allocation. However, the biggest advantage of the bumper is to stable broadcast while the broadcast condition is not stable, in order to avoid the film intermittently.
This paper mainly discuss how media data transmit by using buffer management study through the Internet to analysis and simulation each status, adjust the bumper’s size allocation and internet interference and limit bandwidth of H.264 file data broadcast situation, in order to use the bumper more efficiently, this is the main purpose of this experiments. It can help H.264 broadcast more frequently, also save the embedded system’s memory allocation. This paper use Sigma Design’s SMP8634 media process chipset. It is used on the IPTV STB .8634 also support the MPEG-2/MPEG-4/H.264/VC-1, CPU 300mhz MIPS core. We set up a linux server which use to transmit the H.264 data to SMP8634. Through the experiment platform, we simulate each situation may happen while transmit the data through the Internet. We have found out, if the bumper adjust too small, its can save the memory size allocation, but it caused the inernet condition unstable which influence the broadcast quality unstable. If the bumper too big, it’s waste memory size allocation, also have to wait too long too broadcast. The embedded system is not like PC’s RAM popular and the cost is too high, so how to save the memory size is the main problem. From this experiement, we can understand how to set up the bumper’s size and broadcast the H.264 more frequently, also to achieve the buffer management purpose.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 2
1.3論文組織架構 3
第二章 影音格式 4
2.1影音格式簡介 4
2.1.1 MPEG-1 5
2.1.2 MPEG-2 6
2.1.3 MPEG-4 7
2.2 H.264 介紹 8
2.2.1 網路提取層 (Network Abstraction Layer,NAL) 9
2.3 MPEG 4 VS H.264 10
2.4多媒體網路 11
2.4.1串流儲存式視訊介紹 12
2.5 UDP介紹 13
2.6數位電視格式介紹 15
2.7 DMA簡介(Digital Media Adapter) 17
2.8影音端子介面介紹 18
2.8.1 D端子 18
2.8.2 HDMI 19
第三章 系統架構 21
3.1實驗設備需求 21
3.2 STJ-100網路分析儀介紹 22
3.3 SMP8634介紹 23
3.4.1 DDR RAM 配置 29
3.4.2 DDR RAM記憶體配置 30
3.4.3 RUA記憶體配置: 32
3.4.5 Bitstream FIFOs and DMA pool 35
第四章 環境架設與功能測試 39
4.1 實驗環境架設 39
4.2 DMA Buffer實驗 41
表4.1 DMA Buffer變動和Bitrate間的關係 42
4.3 FIFO Buffer 實驗 42
4.3.1 640X280 FIFO實驗 43
4.3.2 1280X720 FIFO實驗 44
第五章 網路參數模擬 46
5.1 Link Faults 46
5.1.1 Link Faults實驗應用於640x268影片格式大小 46
5.1.2 Link Faults實驗應用於1280x720影片格式大小 49
5.2 Latency 探討 52
5.2.1 Latency實驗應用於640x268影片格式大小 52
5.2.2 Latency實驗應用於1280x720影片格式大小 53
5.3Congestion實驗 55
5.3.1 傳送640x268作Congestion實驗 55
5.3.2 傳送1280x768作Congestion實驗 57
第六章 結論與未來研究 60
參考文獻 62






圖目錄
圖2.1 ITU-T規範和ISO/IEC MPEG視訊編碼標準制定時程 ……………4
圖2.2 NAL資料序列………………………………………………………...9
圖2.3 MPEG-4 VS H.264…………………………………………………...10
圖2.4 D端子線材…………………………………………………………...18
圖2.5 HDMI線材...........................................................................................19
圖3.1系統架構圖…………………………………………………………...21
圖3.2 8634架構圖…………………………………………………………. 24
圖3.3 8634開發平台………………………………………………………. 25
圖3.4記憶體配置…………………………………………………………...29
圖3.5記憶體配置圖……………………………………………………….. 30
圖3.6 Buffer流程圖…………………………………………………………35
圖3.7 Buffer流程圖2.……………………………………………………. .36
圖3.8 Buffer流程圖3………………………………………………………37
圖4.1 SMP8634播放流程圖………………………………………………. 39
圖4.2 8k FIFO Buffer……………………………………………………….40
圖4.3 2048k FIFO buffer…………………………………………………...40
圖4.4 SMP8634播放流程圖………………………………………………..42
圖4.5 限制頻寬為2M bit …………………………………………………43
圖4.6 FIFO Size VS Loss Rate……………………………………………..43
圖4.7 1280x720 FIFO Buffer VS loss Rate ………………………………..45
圖5.1 Disconnect 設定…………………………………………………….. 46
圖5.2標準播放狀態………………………………………………………...47
圖5.3 disconnect狀態min3sec~max5sec…………………………………..47
圖5.4 disconnect狀態min4sec~max5sec…………………………………..47
圖5.5 disconnect狀態min4sec~max5sec 2M DMA Buffer………………..48
圖5.6標準播放狀態………………………………………………………...50
圖5.7設定參數disconnect狀態min3sec~max5sec……………………….50
圖5.8設定參數disconnect狀態min3sec~max5sec_2M DMA……………50
圖5.9設定參數disconnect狀態min3sec~max5sec_2M DMA_40M FIFO.50
圖5.10 Latency更改………………………………………………………...53
圖5.11 Congestion參數…………………………………………………….55
圖5.12 512K DMA Bitrate VS Lose % of all packets………………………56
圖5.13 640X268標準播放狀態…………………………………………….56
圖5.14 640X268 Lose 90 % of all packets …...…………………………….56
圖5.15標準播放狀態………………………………………………………58
圖5.16 設定參數congestion 2M_DMA……………………………………58
圖5.17 設定參數congestion 2M_DMA_40960FIFO……………………..58


表目錄
表2.1 D端子解析度……………………………………….………………..19
表3.1 SMP8634播放應用程式和說明………………..………………….. 23
表 3.2 硬體支援規格表……………………………………….………….. 28
表3.3Video Output buffer和FIFO對照表……………………………….. 34
表4.1 DMA Buffer變動和Bitrate間的關係………………….………….. 42
表5.1 播放Bitrate的擷取…………………………………..…………….. 49
表5.2 影片播放Bitrate最後一筆資料的擷取………………………….. 51
表5.3 影片播放Bitrate最後一筆資料的擷取…………………………… 59
62
參考文獻 [1]H.264/AVChttp://csie.ntut.edu.tw/labvsp/Chinese/docdownload/2004_11_02_H.264.ppt#256,1,H.264/AVC
[2]"The MPEG Home Page", http://www.chiariglione.org/mpeg/.
[3]尤崇帆,在805.15.3的環境下針對MPEG-4即時影像傳輸排程之研究,
私立淡江大學電機工程系 碩士論文 民94
[4] John Watkinson, The MPEG Handbook, MPEG-1, MPEG2, MPEG4,
Focal Press,2001.
[5] Ikkurthy, P., Labrador, M.A.,"Characterization of MPEG-4 Traffic over
IEEE 802.11b Wireless LANs", in Local Computer Networks Conf.
(LCN'2002). 27thAnnual IEEE Conference, Nov. 6-8, 2002, Pages:421 -
427.
[6] H.264/MPEG-4 Part 10 Spec. –Available from
http://www.vcodex.com/h264.html
[7]謝孟玹,工研院IEK-ITIS計畫產業分析師,MPEG-4/H.264崛起加速數位影音家電起飛 ITIS評析,資料來源:工研院IEK-ITIS計畫(2004/05)
[8] http://zh.wikipedia.org/wiki/YouTube
[9]James F.Kurose、Keith W.Ross,Computer Networking:A Top-Down Approach Featuring the Internet,3rd Edition.
[10] http://www.sigmadesigns.com/public/index.html
[11] http://www.shunra.com/network_simulation_products
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