面向3G的H.264/AVC压缩视频通信技术研究

论文摘要

第三代移动通信系统（3G）的出现使在无线网络中提供各种视频业务成为可能。由于原始视频信号数据量巨大,必须经过压缩才能在无线网络中传输。ITU-T和ISO联合开发的最新视频编码标准H.264/AVC由于具有压缩效率高、网络适应能力强等特点,使其成为3GPP/3GPP2支持的视频编码标准。而无线信道具有时变、误码率高以及网络带宽资源有限等特点,使在3G网络中传输的H.264/AVC压缩视频流具有不同的特点。本文首先简要介绍了H.264/AVC视频编码的基本原理,以及其在3G网络的传输和模拟,分析了H.264/AVC视频流的传输协议栈和离线模拟模型。然后对3G无线传输中H.264/AVC的容错技术和容错策略做出了详细的分析,给出了不用视频业务中的容错策略和容错工具选用的一般原则。其次根据3G网络的特点阐述了H.264/AVC的码率控制方法,实现了一种基于EBR的码率控制方法。最后分析了H.264/AVC在面向3G终端用户时必须解决的一致性验证、专利费用等实际问题。本文取得的研究成果主要在以下几个方面:a)提出了一种适合于3G无线信道的双向视频传输模拟模型在H.264/AVC标准提出之初,VECG专家组就提出了一种离线环境下的3G无线信道的模拟模型（MIP软件）,因为其简单方便,所以大量应用于各种实验中。但是其缺点也是很明显的,即只能用来测试单向视频传输业务,不能用来测试双向视频业务。本文结合MIP软件和H.264/AVC参考软件,提出了一种双向视频传输的模拟模型。在这个模型中,充分利用了双向视频传输时的反向信道来反馈视频传输的结果,在编码器端采用多参考帧的情况下,编码器可以根据反馈的结果对参考帧进行相应改变,从而提高编码视频的容错能力。该模型可以模拟在不同的时延和不同的反馈参数下的传输效果,其模拟能力和有效性也在文中得到了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 视频压缩的目的
• 1.2 用户对视频业务的基本要求
• 1.2.1 视频质量和输出比特率
• 1.2.2 视频编解码的复杂度
• 1.2.3 音视频同步
• 1.2.4 延迟
• 1.3 视频质量评价
• 1.3.1 主观质量评价
• 1.3.2 客观质量评价
• 1.4 视频编码的基本原理
• 1.5 视频编码技术发展历史
• 1.6 无线网络中的视频通信
• 1.7 无线网络中H.264／AVC应用研究现状
• 1.7.1 H.264／AVC算法优化
• 1.7.2 H.264／AVC在无线网络中的传输
• 1.8 本文内容概要
• 第2章 适用于3G的H.264／AVC技术
• 2.1 H.264／AVC发展历史和主要技术目标
• 2.1.1 发展历史
• 2.1.2 H.264／AVC主要技术目标
• 2.2 H.264／AVC编码技术总体架构
• 2.2.1 编解码工作流程
• 2.2.2 档次（Profile）和分级别（level）
• 2.3 3G标准对H.264／AVC的支持
• 2.3.1 H.264／AVC支持的3G终端
• 2.3.2 3G视频业务对H.264／AVC基本要求
• 2.4 支持3G标准的H.264／AVC技术特性
• 2.4.1 帧内预测
• 2.4.2 帧间预测
• 2.4.3 基于率失真模型（Rate-Distortion Model）的编码模式选择
• 2.4.4 以整数变换为基础的空间域变换
• 2.4.5 上下文相关的可变长度编码CAVLC
• 2.4.6 环路滤波（Deblocking Filtering）
• 2.4.7 SEI和VUI信息
• 2.5 本章小节
• 第3章 H.264／AVC视频流在3G系统中的传输
• 3.1 第三代移动通信系统（3G）
• 3.2 3G分组域系统结构
• 3.2.1 CDMA2000分组域系统结构
• 3.2.2 WCDMA分组域系统结构
• 3.2.3 TD-SCDMA分组域系统结构
• 3.3 第三代移动通信系统提供的业务
• 3.3.1 3G业务特点
• 3.3.2 3G中的多媒体业务
• 3.4 3G系统分组业务协议栈
• 3.4.1 UMTS用户平面协议栈
• 3.4.2 CDMA2000简单IP协议参考模型
• 3.5 H.264／AVC视频流在3G网络中的传输
• 3.5.1 H.264／AVC的分层结构
• 3.5.2 H.264／AVC分组交换业务传输协议栈
• 3.5.3 H.264／AVC数据在3G网络中的传输模拟
• 3.5.4 双向视频传输模拟模型
• 3.6 本章小结
• 第4章 3G环境中H.264／AVC的容错技术
• 4.1 容错技术简介
• 4.1.1 误码对视频质量的影响
• 4.1.2 容错技术的分类
• 4.1.3 H.264／AVC容错技术相关工作
• 4.2 编码器端的容错技术
• 4.2.1 参数集
• 4.2.2 片（Slice）结构
• 4.2.3 灵活宏块排序FMO（Flexible Macroblock Ordering）
• 4.2.4 帧内编码块刷新（Intra Block Refreshing）
• 4.2.5 UEP和FEC
• 4.3 解码器端的错误隐藏（ERROR CONCEALMENT）技术
• 4.3.1 丢失片中宏块错误隐藏的顺序
• 4.3.2 帧内编码宏块的错误隐藏
• 4.3.3 帧间编码宏块的错误隐藏
• 4.4 解码器／编码器联合的容错技术
• 4.4.1 自动反馈重传机制ARQ（Automatic Repeat Request）
• 4.4.2 实时的反馈机制
• 4.5 编码器端H.264／AVC容错策略
• 4.5.1 编码器端容错工具选择方案
• 4.5.2 实验方案和实验结果
• 4.6 对话式视频业务中H.264／AVC的容错策略
• 4.6.1 对话式视频业务容错方案
• 4.6.2 实验和结果
• 4.7 视频广播／多播业务中的容错策略
• 4.8 本章小结
• 第5章 3G环境中H.264／AVC的码率控制算法
• 5.1 3G无线信道上的码率控制
• 5.2 基于VBR的码率控制方法
• 5.2.1 HRD（Hypothetical Reference Decoder）缓冲区参考模型
• 5.2.2 流体流动模型（Fluid Flow Traffic Model）
• 5.2.3 MAD的估算
• 5.2.4 量化参数（QP）的计算
• 5.2.5 VBR码率控制的结果
• 5.3 基于EBR的码率控制算法
• 5.3.1 EBR算法的基本要求
• 5.3.2 EBR视频流在3G无线信道中的传输
• 5.4 3G网络中支持EBR的信道结构
• 5.4.1 WCDMA系统中的逻辑信道
• 5.4.2 CDMA2000中的逻辑信道
• 5.5 EBR算法的实现
• 5.5.1 EBR码率控制算法的核心
• 5.5.2 自适应动态分片方法
• 5.5.3 量化参数的确定
• 5.5.4 GOP中第一个I帧和P帧的编码方法
• 5.5.5 GOP中剩余P帧的编码方法
• 5.6 EBR码率控制方法的性能
• 5.6.1 在无差错信道上的传输性能
• 5.6.2 在易错信道上传输结果
• 5.6.3 自适应动态分片方法的性能
• 5.6.4 端到端延时性能
• 5.6.4 EBR方法的缺点
• 5.7 本章小结
• 第6章 H.264／AVC在3G应用中的相关问题
• 6.1 H.264／VAVC标准的一致性测试
• 6.1.1 比特流的一致性测试
• 6.1.2 解码器的一致性测试
• 6.1.3 3G移动终端的一致性测试
• 6.2 专利问题
• 6.2.1 H.264／AVC专利权适用范围
• 6.2.2 专利收费细则
• 6.2.3 专利问题总结
• 6.3 H.264／AVC标准与AVS标准比较
• 6.3.1 AVS1-P7标准的技术特点
• 6.3.2 AVS1-P7标准的性能
• 6.3.3 AVS1-P7的应用
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结和展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 本文创新点
• 7.3 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢