基于H.264/AVC的视频容错技术研究

论文摘要

随着通信技术和网络技术的发展,视频流业务在网络通信中占据越来越重要的地位。然而,由于目前Internet和无线网络不能提供可靠的数据传输,因此视频流在这些网络中传输时经常会发生误码和数据包丢失等传输错误。比如Internet网络共享链路的特点使各种业务相互竞争网络资源,常常出现数据拥塞而导致丢包;无线网络频带资源有限、带宽波动较大以及无线信道多径衰落、共道干扰的特点使得信号在传输过程中既受到随机(比特)错误的影响,又受到突发错误(丢包)的影响。而且,由于目前Internet、802.11无线局域网、3G通信网、PSTN、ISDN和ATM等网络之间具有异构性,即不同的网络具有不同的带宽、丢包率等性能和特点,因此视频流在网络之间传输时也容易发生传输错误。另一方面,压缩过的视频流对传输错误非常敏感,这是因为目前所有成熟的视频压缩标准都采用VLC变长编码和运动估计等时空预测技术。因此,设计鲁棒的视频编码方案和有效的差错控制策略成为目前视频传输研究的重点内容。容错编码技术是解决视频流鲁棒传输的重要手段。本文从增强数据的抗误码性能、选择保护重要数据和提高解码端错误掩盖性能等方面入手,对基于H.264/AVC码流的视频容错技术进行了深入研究,并取得了以下成果:第一、提出了一种采用空时域掩盖相结合的Intra帧错误掩盖算法。该算法结合时域运动补偿,利用帧间相关性来预测丢失的Intra帧信息,在掩盖过程中自适应选择掩盖模式。由于Intra帧并非总是发生在场景转换时刻,因此选择时空域掩盖相结合的办法克服了空域插值掩盖算法精度不高的缺点,能够得到更好的预测效果。实验结果表明该算法比H.264/AVC的非标准错误掩盖算法大大提高了掩盖效果,改善了图像质量。第二、提出了一种基于图像内容的数据分割算法。该算法根据宏块对重建图像质量的贡献程度将每一编码帧的所有Inter宏块划分为高影响度和低影响度两组,并根据网络条件为两组宏块分别添加不同的FEC信道编码,从而优先保护高影响度的一组宏块,达到改善图像质量的目的。该算法克服了H.264/AVC标准中分割方法过于僵化的缺点,可更好地适应图像内容的变化和网络条件的改变。第三、提出了一种可降低误差扩散的数据分割算法。该算法根据编码器运动估计的结果,评估每一宏块对后续帧质量产生的影响,将所有宏块划分为高、中、低三类,并对不同类宏块的运动矢量和DCT系数应用不同的信道编码策略。由于该算法能有效保护被后续帧参考次数较多的宏块,因此能降低易错环境下视频传输时误差扩散的程度,从而改善图像质量。实验结果表明该算法能良好地平滑图

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频压缩编码的发展历史及其标准化进程
• 1.3 易错环境下的视频传输
• 1.3.1 视频流业务的分类
• 1.3.2 视频流传输的网络环境
• 1.3.3 视频传输面临的问题
• 1.4 容错技术的研究现状
• 1.4.1 鲁棒的熵编码
• 1.4.2 容错预测
• 1.4.3 基于UEP 的分层编码
• 1.4.4 多描述编码
• 1.4.5 错误掩盖
• 1.4.6 编解码器交互的误码控制
• 1.5 本文的研究内容及主要工作
• 1.6 本文的结构安排
• 参考文献
• 第二章 H.264/AVC 视频编码标准及其容错工具
• 2.1 引言
• 2.2 H.264/AVC 编码结构及其特点
• 2.2.1 H.264/AVC 的类（Profile）和级（Level）
• 2.2.2 H.264/AVC 的两层编码体系
• 2.2.3 编解码器框架
• 2.2.4 H.264/AVC 编码特点
• 2.3 H.264/AVC 中的容错策略
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 高效的空时错误掩盖算法
• 3.1 引言
• 3.2 面向H.264/AVC 的非标准错误掩盖算法
• 3.2.1 出错帧的解码
• 3.2.2 Intra 帧掩盖
• 3.2.3 Inter 帧掩盖
• 3.3 INTRA 帧自适应时空域错误掩盖算法
• 3.3.1 掩盖算法描述
• 3.3.2 运动矢量搜索
• 3.3.3 确定掩盖模式
• 3.4 测试条件和仿真环境
• 3.4.1 测试条件
• 3.4.2 信道模型
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 数据分割
• 4.1 引言
• 4.2 H.264/AVC 中的数据分割
• 4.3 两种改进的数据分割方法
• 4.3.1 高低频系数分离的数据分割方法
• 4.3.2 B 类独立可解的数据分割方法
• 4.4 基于图像内容的数据分割方法
• 4.4.1 影响因子的计算
• 4.4.2 ρ-曲线
• 4.4.3 截取点的选取
• 4.5 降低误差扩散的数据分割方法
• 4.5.1 影响因子的计算
• 4.5.2 算法描述
• 4.5.3 关于参数集的说明
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于参考帧选择的双描述子编码方案
• 5.1 引言
• 5.2 VRC 编码方法分析
• 5.3 基于参考帧选取的两路视频流编码方法
• 5.3.1 双向运动补偿
• 5.3.2 自适应参考帧选取
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 结束语
• 论文总结
• 工作展望
• 攻读博士学位期间完成的论文
• 攻读博士学位期间参加的主要科研项目
• 致谢