H.264/AVC视频编码及误码掩盖算法的优化

摘要

20世纪90年代以来，随着计算机技术、通信技术和网络技术的迅速发展，多媒体应用也渗透到人们的工作与生活中。 视频作为一种生动直观且信息量丰富的多媒体应用深受欢迎。但是网络带宽的有限性与视频巨大的信息量之间存在着天然的矛盾。 为此，国际上有两大组织ITU-T和ISO/IEC分别制定了一系列视频压缩标准，在一定程度上解决了信息量大的问题。 最后，ITU-T与ISO/IEC联合建立的联合视频小组JVT制定了新一代视频编码国际标准H.264：/AVC。 该标准继承了先前视频压缩编码标准的许多特性，并且有许多改进和创新，在压缩性能上有显著提高，并且在网络亲和性与抗误码能力方面也有许多改进。在电视、高清晰度电视、卫星电视、存储媒体、无线多媒体应用等方面显示出了巨大的应用潜力。 与早期的视频编码标准类似，H.264/AVC也是建立在块匹配的混合编码框架上的，基本算法仍然是通过帧内预测消除空域冗余，通过帧间预测和运动补偿来消除时域冗余，通过变换编码消除频域冗余。 因此压缩后的码流对信道比特误码特别敏感，尤其是采用了VLC方案后，码流更加容易受到误码的影响，同时预测编码技术会将错误扩散到整个视频序列中，极大地降低了重建图像的质量。 因此，要采取一定的差错控制措施。误码掩盖技术是差错控制措施的一种，是利用视频信号的时域或空域相关性和人眼视觉系统的局限性，对损坏或者丢失的视频信号进行一定程度恢复的一种技术。 根据图像的空间、时间等相关特性可以提出各种误码掩盖方法，主要包括空域插值、时域插值、频域插值以及根据不同权重的混和插值补偿方法，也包括根据图像平滑性，基于语法等方式的掩盖。 本文在学习H.264视频编码标准并在研究了误码掩盖各种策略的基础上实现了两种改进的误码掩盖算法。 一种是帧内的误码掩盖算法，根据受损宏块的类型进行不同的误码掩盖。如果是平滑宏块将用传统的像素加权平均进行恢复，如果是带边界的宏块则将16×16的误码宏块拆分成16个4×4的子块，再根据差错子块邻近的正确接收块或已掩盖的子块来对差错块进行恢复； 另一种是基于传统边界匹配算法的改进，求得误码宏块的四周宏块的运动矢量与前一帧对应宏块的运动矢量间的关系，并把这种关系作用于误码宏块的前一帧对应宏块的运动矢量，以得到当前错误宏块相对更优的候选运动矢量，再根据边界匹配准则选择候选运动矢量的误码掩盖算法。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 视频编码系统抗误码的必要性与研究现状

1.3 本文研究思路及论文内容与结构

第二章 视频编码原理及视频编码标准

2.1 视频信号压缩的可能性

2.2 彩色空间与图像子采样

2.3 视频压缩编码的基本方法

2.3.1 预测编码

2.3.2 变换编码

2.3.3 熵编码

2.4 视频压缩编码标准简介

2.4.1 H.26X系列标准

2.4.2 MPEG-X 系列标准

第三章 H.264／AVC视频编码标准简介

3.1 引言

3.2 H.264 的主要功能目标

3.3 H.264 的结构

3.3.1 H.264 的分层处理

3.3.2 H.264 的档次与级别

3.3.3 H.264 的编解码器结构

3.4 H.264 的关键技术

3.4.1 多种帧内预测模式

3.4.2 帧间预测

3.4.3 多参考帧预测

3.4.4 4×4块的整数变换和量化

3.4.5 熵编码

3.4.6 环内去块滤波

第四章 视频压缩的差错控制

4.1 面向预防的差错控制

4.1.1 错误隔离方法

4.1.2 可分级编码

4.1.3 多描述编码

4.1.4 前向纠错编码

4.1.5 可逆VLC编码

4.1.6 信源信道联合编码

4.2 面向交互的差错控制

4.3 误码掩盖

4.3.1 空域误码掩盖

4.3.2 时域误码掩盖

4.3.3 频域误码掩盖

4.3.4 基于语法的误码掩盖

4.3.5 编码模式与运动矢量的恢复

4.4 H.264 参考模型JM8.6的帧内误码掩盖

4.5 H.264 参考模型JM8.6的帧间误码掩盖

第五章 改进的帧内与帧间视频误码掩盖算法

5.1 引言

5.2 一种改进的帧内误码掩盖算法

5.2.1 改进的帧内误码掩盖算法原理

5.2.2 改进的帧内误码掩盖实验仿真及其结果

5.3 改进的边界匹配算法

5.3.1 传统边界匹配视频掩盖的基本思想

5.3.2 插值候选运动矢量

5.3.3 改进的帧间边界匹配误码掩盖实验仿真及其结果

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表论文情况