基于H.264/AVC视频通信抗分组丢失算法的研究

论文摘要

H.264/AVC是由ITU-T和ISO共同制定的新的视频编码标准。与现有标准相比,H.264获得了更高的压缩性能,同时具有更好的网络适应性。然而由于实际IP信道会导致分组丢失,造成恢复图像质量严重下降,而且误码扩散还会影响后续解码图像质量。因此,研究有效的抗分组丢失方法来保证视频通信的质量有着重要的理论和实际意义。本文在详细分析H.264视频编码标准特性和视频抗分组丢失技术的基础上,深入研究了时域误码扩散机理,通过大量实验和分析,提出基于参考区域的交互式自适应帧内刷新算法来防止误码扩散。同时本文综合使用前向分组保护、解码端误码掩盖和交互式自适应帧内刷新等算法,提出了具有抗分组丢失能力的H.264视频通信系统。计算机仿真的实验结果表明,在IP信道分组丢失率较高的情况下,交互式自适应帧内刷新算法可以有效的提高恢复视频的PSNR。另外,实现的具有抗分组丢失能力的H.264视频通信系统,能够有效保证恢复视频的质量,且传输码率基本没有增加。本文提出的算法与H.264标准兼容,可用于实际视频通信系统。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 视频编码标准和H.264

1.2 论文的研究工作

1.2.1 论文所完成的研究工作

1.2.2 论文所使用的开发平台

1.2.3 论文各章节安排

第二章 H.264 视频编码技术研究

2.1 H.264 标准的发展历程

2.2 H.264 的关键技术介绍

2.2.1 算法的分层结构

2.2.2 H.264 的帧内预测方式

2.2.3 1/4 像素精度的运动估计

2.2.4 多模式的运动估计

2.2.5 H.264 的补充增强信息（SEI）

2.2.6 多参考帧的运动补偿方式

2.2.7 整数变换技术

2.3 小结

第三章视频抗分组丢失技术研究

3.1 双向视频通信系统的基本结构

3.2 传输差错分类

3.3 差错控制与误码掩盖基本方法

3.3.1 传输层差错控制机制

3.3.1.1 前向纠错（FEC）

3.3.1.2 差错打包复原和复用

3.3.1.3 有延迟限制的重传

3.3.1.4 不等差错保护

3.3.2 信源编码端的差错控制机制

3.3.2.1 鲁棒的熵编码

3.3.2.2 防误码扩散手段

3.3.2.3 不等错误保护的分层编码

3.3.3 信源解码端的误码掩盖机制

3.3.3.1 纹理信息的恢复

3.3.3.2 编码模式和运动矢量的恢复

3.3.3.3 提供基于语法的修复

3.3.4 编解码交互的差错控制机制

3.3.4.1 基于反馈信息的参考帧（RPS）的选择

3.3.4.2 基于反馈信息的错误跟踪

3.3.4.3 基于信道状况的编码参数自适应调整

3.3.4.4 无等待重传

第四章基于运动补偿的误码掩盖算法

4.1 误码掩盖原理

4.1.1 误码检测和误码定位

4.1.2 视频信息的重同步

4.1.3 数据掩盖

4.1.3.1 空间域误码掩盖算法

4.1.3.2 时间域误码掩盖算法

4.2 基于运动补偿误码掩盖算法的设计背景

4.3 恢复运动矢量的获取

4.4 误码掩盖宏块的获取

4.5 本章小结

第五章基于 H.264 的交互式自适应帧内刷新算法

5.1 算法的研究背景

5.1.1 时域误码扩散的机理

5.1.2 现有视频抗误码方法局限性

5.2 基于H.264 的帧内刷新算法

5.2.1 数据传输质量系数（DTQC）

5.2.2 帧内刷新的准则

5.2.3 基于H.264 的帧内刷新算法

5.3 交互式防误码扩散算法

5.3.1 SEI 扩展消息格式

5.3.2 基于H.264 的SEI 扩展消息的数据报告方法

5.3.3 交互式防误码扩散算法

5.4 主观质量实验结果

5.5 本章小结

第六章基于 H.264 具有抗分组丢失能力的视频通信系统

6.1 现有抗分组丢失方法的不足

6.2 PRVCS 采用的主要技术

6.2.1 H.264/AVC 视频压缩算法

6.2.2 Tornado 码（TN 码）保护算法

6.2.3 不等保护算法

6.2.4 RTP 封装

6.2.5 解码端误码掩盖算法

6.2.6 交互式防误码扩散算法

6.3 PRVCS 体系结构

6.4 系统的具体实现

6.5 实验结果及讨论

6.5.1 客观质量实验结果

6.5.2 平均比特率实验结果

6.5.3 实验结果分析

6.6 本章小结

第七章结论与展望

致谢

参考文献

作者在读研期间发表的论文

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