1、本科毕业论文视频展示与分析系统专 业 计算机科学与技术姓 名 指导教师 评 阅 人 年 月中国 南京BACHELORS DEGREE THESISOF HOHAI UNIVERSITY河海大学本科生毕业论文I摘要图像处理过程中每次都要抓取处理前的图像以及处理后的图像并通过比较来进行质量的评价。这实现起来十分繁琐，降低了图像处理的效率，加大了图像处理研究人员的工作量于强度，增加了研发时间，这也成为了视频图像处理研究中一大难题。所以我想根据自己所学的知识综合运用多媒体技术、程序设计技术知识，根据指导教师提供的算法与参考文献，制作一个视频展示于分析平台实现对给定格式视频文件的展现、视频显示、格式转换
2、、简单加密和质量评价。以此增加视频、图像处理的效率，降低图像处理研究人员的工作量于强度，降低研发时间。并且以此来加深自己对于视频显示和图像处理知识的理解，并为以后从事图像处理方面的工作打好基础。关键词：视频显示；图像处理；河海大学本科生毕业论文IIAbstractIn the process of image processing , we need to evaluate the quality by crawling the original image and processed images and comparing them, each time. which is achieve
3、d very complicatedly and reduce the image processing efficiency, increase the image processing researchers work on the strength, increase development time, it has also become the a big problem in the research of image processing. So I want tomake a video display and analysis platform to realize the
4、given format video files show, video display, format conversion, for simple encryption and quality evaluation according to my own comprehension of multimedia technology, program design and technology knowledge and the algorithm of the teachers to provide with references. In order to increase the eff
5、iciency of image processing, reduce the workload of the image processing researchers and reduce the development time. And this to deepen my understanding of the video display and image processing knowledge, and to lay the foundation for the future work in image processing.Keywords：video display ;ima
6、ge processing.河海大学本科生毕业论文III目录目录摘要 IAbstractII第一章 绪论 .11.1 研究内容 11.2 研究意义 11.3 研究现状 11.4 研究目标 21.5 小结 2第二章 视频展示和分析的相关知识 .32.1 视频显示的概述 32.2 YUV 视频显示 32.3 数字图像处理 42.4 视频展示与分析平台软件开发过程的研究 62.5 视频展示与分析平台的开发环境介绍 62.6 视频展示与分析平台的开发环境的搭建 62.7 小结 6第三章 系统分析 .83.1 系统整体框架 83.2 需求分析 83.2.1 功能需求 .83.2.2 非功能需求 .93.
7、3 性能分析 93.3.1 界面需求 .93.3.2 响应时间需求 .93.4 小结 9河海大学本科生毕业论文IV第四章 程序设计 104.1 程序流程图 .104.2 功能模块 .104.2.1 视频显示 104.2.2 图像处理 104.2.3 视频加密 104.2.4 质量评价 114.3 用户界面 .114.4 小结 .12第五章 程序开发 135.1 文件结构与用途 .135.2 程序功能及实现 .165.2.1 打开 YUV 文件 165.2.2 视频算法处理 195.2.3 视频加密算法 205.2.4 质量评价算法 225.3 小结 .23第六章 系统测试 246.1 功能测试
8、 .246.1.1 打开 YUV 文件 246.1.2 视频算法处理 246.1.3 视频加密 256.1.4 质量评价 256.2 性能测试 .266.2.1 响应时间性能测试 266.2.2 疲劳强度测试 266.3 小结 .28结束语 .29致谢 .30河海大学本科生毕业论文V参考文献 .31附录： .32附录 A 外文文献原文： .32附录 A 外文文献翻译： .40河海大学本科生毕业论文1第一章 绪论1.1 研究内容视频展示与分析平台是基于 Windows 系统，运用 C 语言，开发一个基于Windows 的视频播放与分析系统，实现对 YUV 视频文件的播放、算法处理、加密、质量评价
9、功能，用 VC+实现对原始视频文件的读取、连续播放、逐帧播放、抓图，在播放视频时可以暂停抓图，生成图片文件，并将图片文件保存起来（完整保存或指定区域保存）1.2 研究意义视频处理过程中每次都要抓取处理前后的视频图像来通过比较进行质量的评价，实现起来十分繁琐降低了视频、图像处理的效率，加大了视频图像处理研究人员的工作量与强度，增加了研发时间，这也成为了视频图像处理研究中一大难题，所以我想根据自己所学的知识综合运用多媒体技术、程序设计技术知识，根据指导教师提供的算法与参考文献，制作一个视频展示于分析平台实现对给定格式视频文件的展现、格式转换、简单加密和质量评价。以此增加视频图像处理的效率，降低视频
10、图像处理研究人员的工作量与强度，降低研发时间。并且以此来加深自己对于视频显示和图像处理知识的理解，并为以后从事图像处理方面的工作打好基础。1.3 研究现状图像处理技术基本可以分成两大类：模拟图像处理和数字图像处理。数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机进行处理的过程。处理完后图像精度高，图像内容丰富，能对图像进行非线性处理，变通能力十分灵活这些都是图像处理的优点及好处，想要改变处理的内容只需要改变相应的软件即可。难题大体在于处理的速度上面，尤其在进行复杂的处理上面。数字图像处理技术主要包含这些内容：geometric processing、Arithmetic processin
11、g、photographic enhancement、image restoration、image reconstruction、image encoding、image recognition、image understanding。在数字图像处理技术的发展过程中主要牵涉了 information science、computer science、mathematics、physics 以及 biology 等学科，河海大学本科生毕业论文2所以数理和与之相关的边缘学科对于图像处理科学的发展影响越来越显著了。数字图像处理早期主要应用于对宇宙飞船传回来的图像进行各种各样的处理来获得图像中的信息
12、。而到了 70 年代，图像处理技术的应用从宇航领域迅速地扩展到信息科学、生物医学、物理学、工业、农业、国防、教育等各个领域与行业，对日常生活中的人们产生了重大的影响。数字图像处理技术之所以有着如此快速的发展速度、如此广泛的应用领域有两个主要原因。数字图像处理中庞大的数据量以及早期电脑缓慢的运行处理速度，这些对数字图像处理的发展造成了极大的限制。现在由于计算机的计算能力飞速上升，运行速度也有极大的提升，并且计算机的价格反而下降了不少，所以图像处理设备一下就从从中、小型计算机过渡到了个人计算机，这些为各个领域中图像处理的应用提供了丰富的条件。第二个原因是由于视觉是人类感知外部世界最重要的手段。根据
13、数据统计，人类所有获取的信息中，视觉信息大约占了 60，从而得知人类获取信息的主要途径就是图像，因此，和视觉关联密切的数字图像处理技术的潜在应用范围自然非常的广泛。近年来，数字图像处理技术日趋成熟，它广泛应用于空间探测、遥感、生物医学、人工智能以及工业检测等许多领域，并促使这些学科产生了新的发展。现在数字视频处理技术现状在全速发展，采用优秀的数字技术实时处理视频信号是发展的必然趋势。1.4 研究目标本项目设定的目标如下：（一）系统能高效，正常的运行。（二）根据要求实现所有功能，并且根据测试体验适当增加部分功能。（三）系统能够提供用户友好的界面，从而最大限度地减少用户的工作量。（四）系统具有良好
14、的运行效率，反应灵敏，响应快。（五）通过这个项目来锻炼自己，提高自己的程序开发能力和项目管理能力。1.5 小结本节主要介绍了视频展示与分析平台的研究内容和意义，并介绍了数字图像处理技术现状。河海大学本科生毕业论文3河海大学本科生毕业论文4第二章 视频展示和分析的相关知识2.1 视频显示的概述现如今数字视频处理技术正在飞速的发展中，使用性能良好的数字技术来实时处理视频信号是现在必然的发展趋势。对于现在的数字视频处理技术，经常针对人眼对色度感觉不敏感这一特性，将 RGB 基色信号表转变为 YUV 色差信号，通过这种处理方式就可以适当删除一些色度信号分量，而且并不会对图像影响过大，使得图像的数据量得
15、以减少。现如今 RGB 驱动已经成为大多数显示设备所采用的驱动，因此，我们想要显示视频就必须将 YUV 视频格式转化为RGB 格式才行，这就牵涉到 YUV 和 RGB 色彩空间问题，RGB 和 YUV 之间的转换算法问题，RGB 格式的视频显示以及控制方法问题等等。2.2 YUV 视频显示YUV 作为一种属于 PAL 颜色编码方式，被欧洲电视系统所使用。之所以发明 YUV 颜色空间是原因是它能满足模拟彩色电视制式使用。现代彩色电视系统获取图像都是通过三管彩色摄影机或者彩色 CCD 摄影机，然后通过分色、校正彩色图像信号获取 RGB，亮度信号 Y 和两个色差信号 U、V 通过电路转化获得，最后编
16、码 Y、U、V 三个信号，用同一信道发送出去。这就是 YUV 色彩空间表示。YUV 视频显示中亮度信号 Y 和色度信号 U、V 是分离的，这是 YUV 视频显示技术的优点。通过上述的优点 YUV 能优化彩色视频信号传输，使它能相容于老式黑白电视。YUV 视频信号传输和 RGB 视频信号传输相比优点是频宽占用少（RGB 要求三个独立的视频信号同时传输） 。其中亮度是 Y 也就是灰阶值；而色度是 U 和 V 描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。RGB 通过输入信号来建立亮度，方法是将 RGB 信号的特定部分叠加到一起。RGB 通过定义颜色的两个方面色调与饱和度来建立色度，分别用 Cr 和 C
17、b 来表示。其中，Cr 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 Cb 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。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。河海大学本科生毕业论文5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。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。对于数字视频，定义了从 RGB 到两个主要 YUV 的转换。这两个转换都基于称为 ITU-R Recommendation B
18、T.709 的规范。第一个转换是 BT.709 中定义用于 50-Hz 的较早的 YUV 格式。它与在 ITU-R Recommendation BT.601 中指定的关系相同， ITU-R Recommendation BT.601 也被称为它的旧名称 CCIR 601。这种格式应该被视为用于标准定义 TV 分辨率 (720 x 576) 和更低分辨率视频的首选 YUV 格式。2.3 数字图像处理正是看中了数字图像处理时，数字图像处理来灵活便捷，以此人们进行图像处理时主流都使用数字图像处理。数字图像处理过程大致分为：图像的collecting、digitizing、encoding、enha
19、ncing、restoring、alternating、compressing、storing、transmission、analysis、distinguishing、excision 等，其处理流程如图 2.1 所示图 2.1 数字图像处理流程图(1) Image digitizing 是经于对图像的取样以及对图像的量化使一副图像变换为能够满足计算机处理要求的数字形式，这样的图像以一个数字矩阵的形式被保存在计算机内部，我们通常所说的像素就是此矩阵中的一个元素。(2) Image encoding 我们采用编码来使得图像的信息量得以压缩(但图像质量几乎不变) ，来达到图像传输以及图像存储所需
20、要的要求，所以，我们能通过使用模拟处理技术，再使用模-数转换技术来产生所需要的图像的编码，我河海大学本科生毕业论文6们通常采用的图像编码计算多数是数字编码技术，这种编码技术的编码方法是对需要编码的图像每个像素点进行加工，或者对图像施加某种变换或基于区域、特征进行编码。(3) Image enhancing 使用该技术的原因是想将图像变得清晰或这使图像变得更加适合于人或机器的分析，人们经常使用的 Image enhancing 方法包括：Gray level histogram processing、Interference boycott、edge sharpening、Pseudo colo
21、r processing。(4) Image restoring 使用该技术的原因是消除或减少在获得图像过程中由于一些原因使得图像的退化，这些原因有可能是摄像系统与被摄物之间的相对运动、或者是光学系统的像差或离焦、或者是电子或光学系统的噪声和介于摄像系统与被摄像物间的大气湍流等等。(5) Image excision 使用该技术可以将图像分割成很多部分，这些部分互不重叠，而且每个部分都是像素中的一个连续集，进行图像分割人们常使用两种方法：一种是把像素分入特定区域的区域法，另一种这是寻求区域之间边界的境界法，这 2 种方法实现图像分割都是利用图像的纹理特性。(6) Image analysis
22、我们想要得到图像中的度量、数据或信息，就要使用图像分析技术，从而得到我们所需要的某种图像信息的数值结果。图像分析技术与模式识别、人工智能有着一定的相关性，学习图像分析需要对模式识别，人工智能都有一定的理解，但是他们意见还是有区别的。 图像分析先用图像分割方法抽取出图像的特征，然后对图像进行符号化的描述，这种描述不仅能对图像中是否存在某一特定对象作出回答，还能对图像内容作出详细描述。我们在学习图像处理时，必须将图像处理中的各个内容联系起来学习，我们在建立图像处理系统时想要得到所需要的结果就必须综合使用图像处理中的各种技术，第一步我们必须使用图像数字化技术使得图像能够满足计算机处理河海大学本科生毕
23、业论文7的需求，第二步使用图像编码技术，使得计算机可以传输和存储图像。然后我们使用图像增强和复原，这些技术能够是图像处理系统达到的效果，也可以是为进一步的处理作准备。我们也可以将图像分割得出的图像特征可以作为图像处理系统得到的结果，也可以将其作为下一步图像分析的基础。2.4 视频展示与分析平台软件开发过程的研究视频展示与分析平台软件的开发过程是很有规律的，其开发流程大致如下：（一）需求分析。为了开发出真正满足客户需求的产品，首先必须要知道客户的需求。对软件需求的深入了解可以让软件开发过程变得容易。需求分析是“软件定义时期”的最后一个阶段，它最基本的任务就是能够准确的回答“系统必须做什么？”这个
24、问题 ，对目标系统提出准确，完整，具体，清晰的要求。我们需要知道程序需要实现的功能和对程序性能的要求。（二）设计阶段。在我们明白了“系统需要做什么”之后，就要开始着手“系统该怎么做”这个问题。通常分为系统设计阶段，结构设计阶段和详细设计阶段。系统设计阶段可以确定系统具体的实现方案，结构设计阶段可以确定软件的结构，详细设计阶段是为了对目标系统的精确描述。其中界面的设计可以让程序更美观，数据库的设计可以让存取数据操作变得更简单。（三）编码阶段。所谓编码就是把软件设计结构用程序设计语言实现的过程，作为软件的主体部分，编码是对软件设计的具体化。（四）测试阶段。软件测试的目的就是在软件投入运行前，尽可能
25、的发现软件中的错误，是保证软件质量的关键步骤。在任何一个软件开发行业之中，测试都是必不可少的环节。（五）维护阶段。为了让程序更加持久的满足用户的需求，我们需要进行各种维护活动。2.5 视频展示与分析平台的开发环境介绍视频展示与分析平台的开发环境是设计应用于 Windows 的系统和软件，开发语言使用 C/C+语言，开发工具使用 Visual C+。2.6 视频展示与分析平台的开发环境的搭建视频展示与分析开发平台搭建步骤：河海大学本科生毕业论文8Visual C+安装：官网下载 VS2010 后安装。2.7 小结本章从四个方面：1.视频显示的概述；2.YUV 视频显示；3.数字图像处理；4.视频
26、展示与分析平台研发的流程。概要的介绍了视频展示与分析平台的理论知识，为视频展示与分析平台开发打下坚实的基础。本章还介绍了视频展示与分析平台开发环境的搭建，为视频展示与分析平台开发提供平台。河海大学本科生毕业论文9第三章 系统分析3.1 系统整体框架根据软件的需求，可以将系统分为 6 个功能模块：具体见下表：表 3.1 平台功能表功能编号 功能名称 功能描述1 视频显示 播放 YUV 文件2 图像处理 支持使用处理算法对图像进行处理3 视频加密 对视频图像进行加密处理4 质量评价 使用质量评价算法对处理后的图像进行质量评价图 3.1 平台功能图视频展示与分析平台质量评价视频加密图像处理视频显示评
27、价算法YUV文件加密算法处理算法河海大学本科生毕业论文103.2 需求分析3.2.1 功能需求（1）能打开并播放 YUV 文件。（2）可以对视频图像进行算法处理。（3）可以对视频图像进行加密处理。（4）可以对处理过的视频图像进行质量评价。3.2.2 非功能需求系统硬件运行环境：硬件配置：基本类别CPU p4 2.8GHz 以上显存 大于等于 128M软件配置：软件系统系统支持 Win7（及以上）系统软件运行环境：软件环境配置：操作系统名称： Windows操作系统版本： 7（及以上）3.3 性能分析3.3.1 界面需求（一）要求简洁，易操作，部分更改需要有提示信息。（二）界面友好，让用户使用舒
28、心。3.3.2 响应时间需求（一）平均事务响应时间不超过 10 秒。（二）平均服务响应时间不超过 5 秒。（三）响应及时用户不需要等待。河海大学本科生毕业论文113.4 小结本章是程序开发的准备阶段，对程序功能模块的划分，需求分析，性能分析是软件开发的基础和前提，可以尽早的避免和剔除早期产生的错误。河海大学本科生毕业论文12第四章 程序设计4.1 程序流程图图 4.1 程序流程图4.2 功能模块4.2.1 视频显示能够查找并打开计算机上的 YUV 文件对其进行播放。执行者：用户具体步骤：（一）进入视频展示与分析平台（二）点击打开文件（三）从计算机中选取 YUV 文件打开。4.2.2 图像处理用
29、户打开需要播放的 YUV 文件后，可对视频图像进行算法处理。执行者：用户具体步骤：（一）打开 YUV 文件。（二）选择图像处理算法4.2.3 视频加密对 YUV 文件图像进行加密操作，使得图像得到加密，并且可以使用相应的河海大学本科生毕业论文13解密算法对其解密。执行者：用户具体步骤：（一）打开 YUV 文件（二）选择加密算法对其进行加密（三）选择相应的解密算法对其解密设计优点：响应时间较快。操作方便。用户体验好。4.2.4 质量评价视频展示与分析平台可以对算法处理前与处理后的图像进行比较，来评价图像处理算法的性能。执行者：用户具体步骤：（一）在对 YUV 文件算法处理过后（二）点击质量评价（
30、三）选择质量评价算法（四）评价图像处理算法的性能4.3 用户界面界面是持续的入口，界面的好坏不仅关系到程序的美观，它还直接关系到用户体验，而且间接关系到功能开发。根据之前的需求分析可以知道，本程序就使用一个主界面用来播放 YUV 视频文件，并在这个界面中对 YUV 文件进行算法处理并播放以及对其加密和质量评价等。这里就需要进一步分析，主界面包含哪些内容，怎么布局的问题。在主界面中，需要能打开 YUV 文件，对其进行播放、算法处理、加密、质量评价。根据老师和同学们的意见和建议，得出如下草图：文件 格式 操作 加密 质量评价 关于显示区域河海大学本科生毕业论文14图 4.2 主界面草图4.4 小结
31、本章根据程序流程图，设计各个功能模块的实现过程，并根据对用户的调查设计出一套用户体验较好的界面。为程序开发做好准备。河海大学本科生毕业论文15第五章 程序开发5.1 文件结构与用途在 VS2010 中新建 MFC 应用程序，命名为 Videoprocessing，据程序模块设计的内容，建立项目。视频展示与分析平台源代码的结构如图所示。河海大学本科生毕业论文16河海大学本科生毕业论文17河海大学本科生毕业论文18视频展示与分析平台中的资源文件是保存在 Videoprocessing.rc 文件夹中，其中 Accelerator 是快捷键资源，Dialog 是对话框资源，Icon 是图标资源，Me
32、nu 是菜单文件，ToolBar 工具栏文件，menu 保存菜单资源。本系统中主要的资源文件及其功能如下表所示：资源目录 文件 功能Accelerator IDR_MAINFRAME 存储快捷键资源Dialog IDD_PREVIEW 用来播放视频的预览对话框Icon IDI_DIR 保存要用到的图标资源Menu IDR_MAINFRAME 保存主界面的菜单资源ToolBar IDR_MAINFRAME 保存主界面的工具栏资源5.2 程序功能及实现本程序主要实现对 YUV 文件的播放、算法处理、加密、质量评价功能。用 VC+实现对原始视频文件的读取、连续播放、逐帧播放、抓图，在播放视频时可以暂
33、停抓图，生成图片文件，并将图片文件保存起来（完整保存或指定区域保存）5.2.1 打开 YUV 文件要播放 YUV 就要能从计算机查找到 YUV 文件并打开它来播放 YUV 文件，在实现播放 YUV 文件功能就要将从 YUV 文件中获得的色素点的 YUV 色彩空间转化为 RGB 色彩空间表，通过在网上查找 YUVRGB 转化公式将 YUV 中每帧图像转化为 BMP 图像存储起来然后实现播放的功能：河海大学本科生毕业论文19河海大学本科生毕业论文20河海大学本科生毕业论文215.2.2 视频算法处理De-interlace 是著名的视频处理算法，可以把隔行视频转换为逐行视频，从而使数据量加倍而信息量不变。通过去隔行算法可以对视频进行算法处理去隔行算法处理的源码：河海大学本科生毕业论文225.2.3 视频加密算法本视频展示与分析平台使用的一个简单的加密算法：就是将奇数行与偶数行，技术列与偶数列的像素互相交换一下然后在用 255 减去他们。这种图像加密算法基本是打乱处理的，对于每个 4x4 的块，原来的，A BC D转变成河海大学本科生毕业论文23D CB A源代码为：河海大学本科生毕业论文245.2.4 质量评价算法使用 PSNR 质量评价算法对算法处理后的图像进行评价。源代码为：
