视频解码系统结构以及错误掩盖算法研究与实现

摘要

随着多媒体通信技术的发展，数字视频得到了越来越广泛的应用。视频应用的平台已经由计算机扩展到了机顶盒、手机等消费电子终端。这些嵌入式应用中，由于成本、体积和功耗等的限制，往往需要采用专用硬件来加速视频编解码过程。 已有的视频编码标准，比如MPEG—2、MPEG－4和H．264/AVC等都采用了基于块的压缩编码方法，通过离散余弦变换（DCT）、运动估计和熵编码等技术来实现数据压缩，这导致编码后的码流易受信道误码的干扰。熵编码和帧内预测导致随机比特错误在空间扩散，帧间预测导致错误在时间上传播。因此，在实际应用，尤其在Internet或者移动媒体等容易出错的信道下，如何抵抗信道误码以及在信道误码产生后如何进行错误掩盖成为研究的热点之一。 本文针对消费电子应用中视频解码器的系统结构以及解码端错误掩盖算法和实现展开研究，同时对如何消除错误掩盖引起的块效应进行了探讨，主要工作和研究成果如下： 1．在对视频解码系统的功能、总线结构和存储系统等分析的基础上，提出了统一的多标准视频解码系统结构。该结构支持MPEG－1/2，MPEG—4，H．264/AVC和AVS等主流的视频编码标准。此外，针对H．264/AVC的上下文自适应二进制算术码解码速度的瓶颈，提出了并行解码的实现方案。提出了高速的多标准IDCT硬件结构，提高了IDCT的处理速度。 2．提出了基于编码信息的空域错误掩盖算法。已有的错误掩盖算法，比如双线性插值、边缘插值等，针对特定的图像特征可以达到较好的错误掩盖效果。MPEG—2和MPEG—4等基于8x8离散余弦变换的视频编码标准中，DCT系数反映了图像的纹理信息。H．264/AVC和AVS等新一代视频编码标准中，帧内预测方向和残差信息反映了图像的纹理信息。提出的算法充分利用了这些编码信息对图像进行分类。针对特定的图像特征，选择合适的错误掩盖算法，达到了较好的错误掩盖效果。 3．针对帧间编码图像出错的情况，提出了一种自适应的时域错误掩盖算法。利用加权的混合边界匹配准则和可变块运动搜索来提高运动矢量估计的准确度，取得了较好的时域错误掩盖效果。针对低码率应用中整帧图像丢失的情况，提出了基于运动矢量估计的错误掩盖算法。首先利用线性运动的假设对丢失块的运动矢量进行估计，然后根据参考块的运动情况来验证估计运动矢量的可靠性。如果可靠，则使用该矢量重建丢失块。否则，采用边界匹配的方法重建丢失块。参考帧中存在帧内宏块时，利用相邻宏块的运动信息估计其运动矢量。对时域错误掩盖引起的块效应，提出了相应的滤波算法。该算法在消除块效应的同时，很好的保护了图像的边缘，提高了恢复图像的主观和客观效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

第1章绪论

1.1数字视频压缩标准介绍

1.1.1 H.261

1.1.2 MPEG-1

1.1.3 MEPG-2/H.262

1.1.4 H.263

1.1.5 MPEG-4

1.1.6 H.264/AVC

1.1.7 AVS

1.2数字视频处理系统介绍

1.3抗误码技术概述

1.3.1误码产生及其影响

1.3.2错误检测

1.3.3抗误码技术

1.4课题的背景及研究意义

1.5论文的主要工作和结构安排

第2章 多标准视频解码系统

2.1视频解码系统介绍

2.1.1视频解码系统功能

2.1.2主流视频解码系统综述

2.2视频解码系统结构

2.2.1系统软硬件划分

2.2.2系统总线

2.2.3存储系统设计

2.2.4多标准视频解码系统结构

2.3系统关键模块结构研究

2.3.1 H.264/AVC CABAC解码器设计

2.3.2高速IDCT结构设计

2.4数字电视信源解码SoC实现

2.4.1系统实现

2.4.2系统验证平台

2.4.3逻辑综合结果

2.5本章小结

第3章 空域错误掩盖技术

3.1空域错误掩盖研究现状

3.2基于DCT的空域错误掩盖算法

3.2.1 DCT频谱分析

3.2.2基于DCT的空域错误掩盖算法

3.2.3仿真结果

3.2.4算法实现

3.3基于帧内预测方向和残差的空域错误掩盖算法

3.3.1帧内预测简介

3.3.2基于帧内预测和残差的空域错误掩盖算法

3.3.3仿真结果

3.3.4硬件实现

3.4本章小结

第4章 时域错误掩盖技术

4.1时域错误掩盖研究现状

4.2自适应的时域错误掩盖算法

4.2.1自适应的时域错误掩盖算法

4.2.2实验结果

4.2.3算法实现

4.3针对整帧丢失的错误掩盖算法

4.3.1针对整帧丢失的错误掩盖算法

4.3.2实验结果

4.3.3算法实现

4.4本章小结

第5章 块效应消除算法研究

5.1块效应消除算法研究现状

5.1.1图像增强的方法

5.1.2图像复原的方法

5.2自适应的块效应消除算法

5.2.1块类型判定

5.2.2平坦块滤波

5.2.3纹理块滤波

5.3算法复杂度分析

5.4仿真结果

5.5本章小结

第6章 总结和展望

参考文献

攻读博士学位期间主要的研究成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢