面向无线信道的H.264编码优化技术研究

论文摘要

随着无线通信及多媒体技术的迅速发展,面向无线信道的视频通信是近年来图像通信研究的热点。但是,由于无线信道固有特性,致使无线环境下的视频通信将面临着比其它环境下更大的挑战。本文的研究工作从新一代视频编码标准H.264/AVC出发,围绕面向无线信道视频压缩及传输的关键技术研究展开,深入分析了如何降低编码算法的计算复杂度;如何在无线信道上实现可靠地、鲁棒地传输视频数据;码率控制技术等问题。具体说来,本文做了如下几方面的研究工作:1.针对H.264中最耗时的运动估计和模式选择部分,根据视频序列图像相邻帧之间时空域相关性,提出一种基于时空相关性的快速方法,将运动估计和模式选择联合优化,先进行编码块模式判断,再进行选中块匹配搜索过程,仅对那些通过判决最具可能成为最优模式的块类型进行运动估计匹配。采用该方法可以在无明显降低编码质量的情况下,提高编码速度,降低编码复杂度。其中,判决过程中采用动态门限的决策方法,提高了判决精度和算法的鲁棒性。2.由于无线信道带宽抖动和数据传输错误率高等特点,抗误码技术是一项保证数据可靠、鲁棒性传输的关键技术。本文针对视频抗误码方面的工作包括两部分:首先在编码端,提出一种基于信道状态的数据分割策略,该策略旨在引入无线信道反馈信息来选择NAL层的工作模式,同时对于数据分割之后的信息,采用码率兼容删余卷积码(RCPC)进行不等差错保护。该算法在保证传输视频质量的同时,不增加额外带宽,使得系统获得一个抗信道误码鲁棒性与编码效率的折中。另外,在解码端,提出一种决策算法自适应地选择最优的误码掩盖方法。算法通过对MV信息和帧内宏块编码数目统计,来鉴别是否发生场景切换或图像运动程度,并以此作为选择掩盖方法的标准。3.在码率控制方面,本文对现存码率控制方法进行了改进,具体包括,利用时空相关性来预测平均绝对差并评价编码单元的复杂度,改善目标比特数分配,提高码率控制精度。同时,为保证缓冲区既不上溢又不下溢,算法采用了假设参考解码模型(HRD)约束目标码流,达到自适应地分配较多比特给运动剧烈场景,在编码运动平滑场景时分配较少的比特。实验表明,改进算法在保证视觉质量同时,获得更稳定的PSNR。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题提出
• 1.3 论文结构
• 2 H.264 及相关新标准编码结构综述
• 2.1 H.264 编码模型
• 2.2 H.264 的编码新技术
• 2.3 H.264 与标准VC-1 和AVS 的比较
• 2.4 无线视频通信环境分析
• 2.5 本章小结
• 3 宏块模式快速选择和运动估计优化算法
• 3.1 引言
• 3.2 H.264/AVC 参考模型中的运动估计和模式选择
• 3.3 改进的运动估计和模式选择算法
• 3.4 本章小结
• 4 抗误码技术研究
• 4.1 抗误码研究现状及H.264 中的抗误码方法
• 4.2 网络环境
• 4.3 基于数据分割的不等差错保护方案
• 4.4 自适应时空域误码掩盖算法
• 4.5 本章小结
• 5 码率控制技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 率失真模型在码率控制算法中的应用
• 5.3 H.264/AVC 现存码率控制算法
• 5.4 改进的码率控制算法
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 6.1 研究成果
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间撰写的学术论文