H.264视频码流时域误码掩盖技术研究

摘要

在第三代移动通信中，视频通信业务成为3G应用的一个亮点，如何提供低比特率传输的高质量视频是众多学者研究的新课题。 在低比特率无线视频通信中传输的视频流，通常采用H.264/AVC进行高效压缩，而高效压缩后的视频流对传输中产生的误码非常敏感，一旦传输中出现误码，则解码重建的图像质量将严重下降。 其误码不仅影响当前帧的恢复，还会影响后续帧的恢复，造成误码扩散。 由于在无线视频通信中需要节省传输带宽，本文将QCIF图像打成两个RTP包模拟在第三代移动通信网络中进行视频传输，以便充分利用网络的带宽资源。 但由于无线信道的突发误码、丢包等特性，在传输过程中往往会发生一个或连续两个包的丢失，从而导致半帧或者整帧视频数掘的丢失。 为了恢复高质量的解码重建图像，本文提出了整帧图像和半帧图像丢失情况下的误码掩盖算法，即采用改进的基于光流方程掩盖丢失的整帧图像和采用基于4×4子块时域方法掩盖丢失的半帧图像。 H.264作为新一代视频压缩编码标准，不仅在压缩性能上得到显著提高，其网络亲和性与抗误码能力也更显优势。本文在简要介绍H.264标准之后，重点研究基于解码端的误码掩盖算法。 首先，回顾了视频编码技术的发展以及国内外误码掩盖技术的研究成果，总结了时域、空域以及自适应时空结合误码掩盖技术； 其次，深入分析了H.264标准草案测试模型JM86中的时域误码掩盖算法，并对测试模型JM86中的时域误码掩盖算法进行改进，提出了整帧图像和半帧图像丢失情况下的时域误码掩盖算法： 最后，在3G通用测试环境下验证本文提出算法的可行性。 实验表明，本文提出的算法比传统的时域误码掩盖方法有较好的图像重建质量，主观视觉效果较好，在平均丢包率为3％时，PSNR比JM86掩盖方法平均提高2dB，且算法复杂度不高。本文提出的算法能应用于低比特率实时无线视频通信中，如移动、固定IP网络等。

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前 言

第一章 绪论

1.1 视频编码技术的发展

1.1.1 视频编码技术的发展

1.1.2 H.264视频编码技术的应用

1.2 国内外误码掩盖技术

1.2.1 空域误码掩盖算法

1.2.2 时域误码掩盖算法

1.2.3 自适应时空结合误码掩盖算法

1.3 论文主要工作

第二章 H.264视频编码及其核心技术

2.1 H.264 编码器分层结构

2.1.1 分层结构

2.1.2 H.264中的RTP打包机制

2.2 H.264 编解码器原理

2.2.1 H.264编码器

2.2.2 H.264解码器

2.3 H.264 的关键技术

2.3.1 帧内预测编码

2.3.2 帧间预测编码

2.3.3 整数变换及量化

2.3.4 熵编码

2.4 H.264 的抗误码技术

2.4.1 数据分割

2.4.2 H.264参数集

2.4.3 片,片组和灵活的宏块次序(FMO)

2.4.4 冗余片

2.5 本章小结

第三章 测试模型JM86中的时域误码掩盖算法研究

3.1 误码掩盖的概念

3.1.1 误码掩盖的约束条件

3.1.2 误码掩盖技术分类

3.2 误码检测技术

3.2.1 JM86中的误码检测机制

3.2.2 基于解码端的误码掩盖流程

3.3 JM86中的时域误码掩盖算法研究

3.3.1 JM86中的时域误码掩盖算法

3.3.2 基于宏块的掩盖顺序

3.3.3 H.264中1／4像素精度的运动估计

3.3.4 边界匹配准则BMA

3.4 本章小结

第四章 时域误码掩盖算法研究

4.1 整帧图像丢失情况下的误码掩盖

4.1.1 帧拷贝掩盖丢失整帧

4.1.2 基于光流方程掩盖丢失整帧

4.1.3 改进的基于光流方程掩盖丢失整帧

4.2 半帧图像丢失情况下的误码掩盖

4.2.1 基于8×8子块时域误码掩盖算法

4.2.2基于4×4子块时域误码掩盖算法

4.3本章小结

第五章 实验结果和分析

5.1 整帧图像丢失情况下的实验结果和分析

5.2 半帧图像丢失情况下的实验结果和分析

5.3 3G通用测试环境下的实验结果和分析

5.4 本章小结

第六章 小结

6.1 论文工作小结

6.2 展望

附录 3G通用测试环境介绍

致谢

参考文献