视频通信抗分组丢失技术研究

论文摘要

随着IP（Internet Protocol）网络的迅速发展，基于IP的通信包括无线IP通信技术将是未来通信重要的组成部分和发展方向，而IP视频应用正逐步成为通信的主要业务之一。然而，实际传输信道中存在各种干扰，例如：无线信道中多径衰落产生的误码和IP信道由于阻塞造成分组丢失等。由于信道带宽的限制，视频通信传输的往往是压缩编码以后的数据，而压缩数据对误码和分组丢失非常敏感，少数的误码或分组丢失就会造成恢复图像质量严重下降。因此，必须采用多种有效的差错控制方法来保证视频通信的服务质量。本文针对基于IP网络环境的视频通信抗分组丢失问题展开了细致深入的研究工作，包括以下主要内容： 1．在信道编码方面，综述了近年来纠删码的研究和应用情况，分析了纠删码应用于IP视频通信时存在的主要问题：编解码复杂度、编解码延迟、打包开销、纠删编码码冗余度等。针对Tornado纠删码二部图中的短环会影响纠删性能的问题提出了两个算法，生成二部图过程中避免短环出现的SCEA算法，用于减少短环数；解码时采用SCERA算法，利用异或运算的特性，减少短环引起的解码性能下降。实验结果表明提出的算法提高了Tornado码的纠删能力。为了满足视频通信实时性的要求，综合考虑用于打包的字节开销和抗分组丢失能力之间的矛盾，提出了一种[2m-1，m，3]码的构造方法，其特例[9，5，3]码与[7，4，3]汉明码相比，增加了少量的冗余度，使抗分组能力显著提高。结合H.264的网络适配层概念，提出了一种纠正连续丢失分组能力与RS码相同的RTP分组发送方案。 2．在信源信道联合编码方面，提出了一种新的视频对象概念并实现了其划分方法，以H.264率失真优化编码确定的宏块模式为划分依据，将视频图像划分为前景和背景两个对象，避免了以往视频对象划分方法的复杂性。运用H.264的灵活的宏块排序技术将视频对象分别编码，使之可独立解码和传输。综合分析了宏块编码模式选择、传输环境和错误掩盖等因素对视频恢复图像的影响，提出了一种基于视频对象的Intra宏块自适应刷新方法，重点对前景对象Intra刷新，在不增减任何编码率的前提下，有效地提高了视频图像的恢复质量。结合本文提出的[9，5，3]信道编码方案，提出了一种基于视频对象的信源信道联合编码不等保护方法，对不同的视频对象采用不同的Intra刷新率，针对不同的信道丢包率，调整校验数据的发送个数。该方法实用性好，抗分组丢失能力强。 3．在视频后处理方面，提出了一种新的视频图像空间域错误掩盖方法。当传输信道中分组丢失严重时，利用H.264场编码技术将视频Ⅰ帧数据按象素行交织为上下两个场，分别独立编码和传输。若某个场中的图像数据在网络传输过程中丢失，则用相邻场的象素值通过插值的方法恢复丢失数据。实验结果表明，该方法明显优于H.264现有的空间域错误掩盖方法。在对视频图像增强信息域语法规则的分析基础上，提出了对视频图像的头信息保护的方法。利用复制的当前帧图像头信息，使解码端可根据大数判决定理对传输过程中出错的头信息进行纠错，有效地增强了在有误码条件下视频解码器的抗干扰性能。该方法已在视频会议产品中得到应用。通过理论分析和实验数据，对比了计算视频序列的平均PSNR的两种方法。证明了视频图像的平均平方误差MSE的算术均值比其几何均值更加适合信道失真理论的分析，指出JVT（Joint Video Team）在计算视频序列平均PSNR时存在的错误，从而使视频序列统计性能的定量分析更为准确。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 分组视频

1.2.1 分组视频通信系统

1.2.2 分组视频应用的分类

1.2.3 协议环境

1. 2.4 应用系统的特点

1.3 视频通信抗分组丢失技术的主要内容和现状

1.3.1 信源顽健性编码

1.3.2 传输层抗分组丢失

1.3.3 错误掩盖

1.4 H.264中的抗分组丢失技术

1.4.1 H.264抗分组技术的改进

1.4.2 H.264的新抗误码技术

1.5 论文研究内容及组织结构

第二章 IP视频的信道纠删码

2.1 引言

2.2 纠删码研究现状

2.2.1 RS码

2.2.2 Tornado码

2.2.3 其它纠删码

2.2.4 纠删码的应用问题

2.2.4.1 编解码运算复杂度问题

2.2.4.2 RTP打包开销问题

2.2.4.3 纠删编解码延迟问题

2.2.4.4 纠删码的冗余问题

2.2.5 纠删码研究小结

2.3 改进的TORNADO码算法

2.3.1 Tornado码的原理

2.3.1.1 基本概念

2.3.1.2 编解码算法的原理

2.3.1.3 短环对纠删性能的影响

2.3.2 改进算法

2.3.2.1 建立二部图

2.3.2.2 构造二部图时的去短环算法（SCEA）

2.3.2.3 去除短环效应的解码算法（SCERA）

2.3.3 改进的Tornado码实验结果

2.4 一种新的短码长线性分组码

2.4.1 [2m，m-1]纠删码的构造

2.4.2 [9，5，3]码纠删性能分析

2.4.3 数据交织传输

2.4.3.1 基于FMO的视频数据交织

2.4.3.2 抗连续分组丢失的排列方案

2.4.4 实验结果

2.5 小结

第三章信源信道联合编码抗分组丢失技术

3.1 引言

3.2 基于率失真优化编码的视频对象划分

3.2.1 率失真优化信源编码

3.2.2 基于率失真优化的视频对象划分

3.2.3 基于FMO的视频对象编码

3.3 宏块INTRA刷新算法

3.3.1 宏块Intra刷新抗分组丢失技术研究现状

3.3.1.1 宏块的随机Intra编码和循环Intra编码

3.3.1.2 基于率失真的宏块模式选择编码

3.3.2 编码模式与失真的关系

3.3.2.1 信源编码失真

3.3.2.2 信道失真分析

3.3.3 基于视频对象的Intra刷新算法

3.3.4 实验结果

3.4 信源信道联合编码方法

3.4.1 丢包率与Intra刷新率对信道失真的影响

3.4.2 一种实用的不等重纠删码保护方法

3.4.3 实验结果

3.4.3.1. 客观恢复质量对比

3.4.3.2. 运算复杂度对比

3.4.3.3. 主观恢复质量对比

3.5 小结

第四章视频后处理技术研究

4.1 引言

4.2 帧内编码图像的空间域错误掩盖技术研究

4.2.1 帧内编码图像错误掩盖

4.2.2 基于场编码交织的空间域错误掩盖

4.2.2.1 视频数据交织编码的模式

4.2.2.2 场编码技术研究现状

4.2.2.3 基于场编码的错误掩盖方法

4.2.3 实验结果

4.3 一种实用的图像关键信息保护方法

4.3.1 研究背景

4.3.2 PSUPP语法结构

4.3.3 采用大数判决定理的纠错方法

4.3.4 算法的性能与实现

4.3.4.1 性能分析

4.3.4.2 兼容性和可扩展性

4.3.4.3 与RTP相结合的头信息保护

4.3.5 实验结果

4.3.5.1 比特开销比较

4.3.5.2 系统稳定性测试实验

4.4 视频序列恢复质量客观评价的一个注记

4.4.1 问题的提出

4.4.2 视频序列PSNR均值的计算方法

4.4.3 两种平均PSNR的计算方法的比较

4.4.4 实验结果

4.4.4.1 平均PSNR用于率失真分析的差别

4.4.4.2 平均PSNR在不同丢包率条件下的差别

4.5 小结

第五章结束语

5.1 主要工作和贡献

5.2 有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

研究成果

视频通信抗分组丢失技术研究

论文摘要

论文目录

相关论文文献

猜你喜欢