H.264/AVC视频编码标准中的差错隐藏技术研究

论文摘要

近年来,视频通信在实际中的应用越来越广泛,随之而来的是对视频传输质量的要求越来越高。但是,在现有的网络技术条件下,视频传输中的差错又总是难以避免。而且,由于数据发送端要对数据进行编码压缩,使得传输差错很容易在空域和时域扩散和蔓延,严重影响传输视频的质量。因此,视频传输中的差错控制技术显得越来越重要。差错隐藏技术就是一种重要的差错控制技术,它利用视频数据在时间和空间上的相关性来恢复错误或者丢失的宏块。在实时通信中,基于解码器端的差错隐藏技术因其无网络带宽开销和不增加传输时延的特点,比其他的差错控制方法更适合于实时视频通信中的应用。本文首先介绍了数字视频压缩编码的基本原理,详细讲解了数字视频压缩编码的一些关键技术,如变换编码、运动补偿的预测编码以及熵编码等。然后介绍了当前最流行的典型的视频编码标准,如MPRG-4和H.264标准,特别是对后文要用到的H.264编码标准中的编码原理进行了详细的阐述。接着详细讨论了H.264视频编码标准中现有的各种空域时域差错隐藏算法,分析了其优缺点。最后,针对H.264标准中现有差错隐藏算法的不足,提出了一整套自适应空时域差错隐藏算法相结合的方案,包括一种自适应空域差错隐藏算法和本文提出的一种基于4×4块的时域差错隐藏算法以及一种自适应空时域差错隐藏切换策略。在提出的时域差错隐藏算法中,将一个宏块划分成16个4×4块,每个4×4块恢复出一个单独的运动矢量,并改进了最佳运动矢量的匹配准则。本文以H.264的测试模型软件JM86为实验平台,对提出的自适应空时域差错隐藏算法进行了仿真测试,并将改进的算法与H.264原有算法进行了比较。实验结果表明,本文提出的算法无论是在客观的峰值信噪比,还是主观的图像视觉效果上都能够有效提高重建图像的质量。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与选题意义
• 1.1.1 视频通信系统
• 1.1.2 视频压缩编码技术
• 1.1.3 选题意义
• 1.2 研究目标与主要工作
• 1.3 论文的内容安排
• 第二章 数字视频压缩编码原理
• 2.1 视频压缩编码的基本知识
• 2.1.1 对数字视频的要求
• 2.1.2 视频压缩编码基础
• 2.1.3 当前的视频编码机制
• 2.1.3.1 DCT变换编码
• 2.1.3.2 预测编码
• 2.1.3.3 熵编码
• 2.2 典型的视频编码标准简介
• 2.2.1 MPEG系列标准
• 2.2.2 H.26X系列标准
• 2.2.3 我国的AVS标准
• 2.3 H.264标准的视频压缩编码原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 H.264视频编码标准中的差错隐藏技术
• 3.1 引言
• 3.2 传统的差错隐藏技术介绍
• 3.2.1 运动补偿的时域预测
• 3.2.2 最大平滑恢复
• 3.2.3 凸面集投影（POCS）
• 3.2.4 空域和频域插值
• 3.2.5 运动矢量和编码模式的恢复
• 3.3 H.264标准中的差错隐藏算法
• 3.3.1 空域差错隐藏技术
• 3.3.1.1 加权像素值平均插值算法
• 3.3.1.2 方向插值算法
• 3.3.2 时域差错隐藏算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 改进的空时域差错隐藏算法
• 4.1 H.264标准中的差错隐藏算法分析
• 4.1.1 空域差错隐藏算法分析
• 4.1.2 时域差错隐藏算法分析
• 4.2 改进的空域差错隐藏算法
• 4.2.1 边缘检测
• 4.2.2 插值方向的确定和插值区域的划分
• 4.2.3 区域内方向插值
• 4.2.4 自适应切换算法
• 4.3 改进的时域差错隐藏算法
• 4.3.1 候选运动矢量集的确定
• 4.3.2 匹配算法的选择
• 4.3.3 中间4×4块的恢复
• 4.4 空时域差错隐藏切换策略
• 4.5 本章小结
• 第五章 仿真与结果分析
• 5.1 空域差错隐藏算法仿真
• 5.2 时域差错隐藏算法仿真
• 5.3 自适应空时域切换算法仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表论文
• 学位论文评阅及答辩情况表