基于H.264/AVC的无线视频传输容错技术研究

摘要

随着无线通信技术、多媒体技术与数字信号处理技术的迅猛发展,以及第三代、第四代移动通信技术的日趋成熟,使得无线网络已经能够提供视频通信业务。但是无线信道由于多径效应和衰落引入了大量的随机误码和突发误码,严重影响重建图像的质量。同时由于压缩后的视频流对误码非常敏感,加剧了接收端图像质量的恶化。因此,无线差错环境下视频传输的容错性能研究成为通信领域具有挑战性的重要课题。H.264/AVC是由ITU-T和ISO联合开发的最新视频编码标准,不仅具有较高的压缩效率、良好的网络适应性,而且还具有较强的容错性能,特别适应丢包率高、干扰严重的无线视频传输要求。本文基于H.264/AVC视频标准,对无线视频传输中的容错技术进行深入细致的研究。首先,对视频传输的误码现象与误码扩散现象进行分析,指出无线视频传输所面临的问题,并从不同角度对当前无线视频传输中的各种容错技术进行了比较;接着,对H.264/AVC编码的基本原理进行简要介绍,并结合无线视频传输环境的特点,对H.264/AVC中的容错技术做了深入的剖析;最后,从视频解码端容错入手,提出两种误码掩盖算法:1)基于边缘检测的空域误码掩盖算法针对H.264/AVC中现有的空域误码掩盖算法会导致图像钝化与边界模糊的问题,本文提出一种基于边缘检测的空域误码掩盖算法。提出算法通过检测受损宏块周围受限定区域的边缘信息,对宏块进行分类,根据宏块类型自适应选择合适的空域误码掩盖算法。仿真结果表明,提出算法可以较好地恢复受损宏块的纹理,降低了块效应。2)改进的运动矢量外推整帧恢复算法在无线视频传输环境中,整帧丢失是一种非常严重的错误现象,本文在传统的运动矢量外推整帧恢复算法基础上,提出改进的运动矢量外推整帧恢复算法。改进算法不仅利用了像素的外推运动矢量,而且利用了块的外推运动矢量,从而更加准确地估计出丢失帧中像素的运动矢量;同时又引入了丢失帧的自适应恢复策略,根据视频序列的运动特性,自适应选择合适的整帧恢复算法,既保证了图像的质量,又降低了算法的运算复杂度。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 引言

1.2 视频编码技术

1.2.1 视频编码基本原理

1.2.2 视频编码标准的发展

1.3 无线环境下的视频传输

1.3.1 无线视频通信的应用

1.3.2 无线视频通信系统

1.3.3 无线视频传输面临的问题

1.4 无线视频传输容错技术

1.4.1 传输层容错技术

1.4.2 视频编码端容错技术

1.4.3 视频解码端容错技术

1.4.4 编码端和解码端交互式容错技术

1.5 论文研究内容及结构安排

2 H.264/AVC 标准及其容错技术

2.1 H.264/AVC 总体框架

2.1.1 档次和级

2.1.2 两层编码体系

2.1.3 编解码器工作流程

2.2 H.264/AVC 编码核心技术

2.2.1 帧内预测

2.2.2 帧间预测

2.2.3 整数变换及量化

2.2.4 熵编码

2.2.5 去方块滤波器

2.3 H.264/AVC 中的容错技术

2.3.1 参数集

2.3.2 片(Slice)结构

2.3.3 灵活的宏块排序（FMO）

2.3.4 冗余片（RS）

2.3.5 数据分割

2.3.6 帧内编码

2.3.7 误码掩盖

2.4 本章小结

3 基于边缘检测的空域误码掩盖算法

3.1 空域误码掩盖算法概要

3.2 算法描述

3.2.1 边缘检测

3.2.2 宏块分类

3.2.3 宏块恢复

3.3 仿真结果与分析

3.3.1 实验条件

3.3.2 结果分析

3.4 本章小结

4 改进的运动矢量外推整帧恢复算法

4.1 整帧恢复算法概要

4.2 传统运动矢量外推（MVE）整帧恢复算法

4.2.1 基于块的MVE 算法

4.2.2 基于像素的MVE 算法

4.2.3 传统MVE 算法的不足

4.3 改进的MVE 整帧恢复算法

4.3.1 运动矢量外推与像素分类

4.3.2 丢失帧中像素的运动矢量估计

4.4 丢失帧的自适应恢复策略

4.5 仿真结果与分析

4.5.1 实验条件

4.5.2 结果分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读学位期间发表的论文目录