無線視頻通信抗誤碼技術(shù)的研究.pdf

1、現(xiàn)代通信技術(shù)、多媒體技術(shù)與數(shù)字信號處理技術(shù)的日新月異的進(jìn)步，以及第三代、第四代移動通信技術(shù)的成熟，使得無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠提供視頻通信業(yè)務(wù)。但是由于無線傳輸信道的干擾嚴(yán)重，不能提供可靠的視頻傳輸質(zhì)量。同時由于常規(guī)的視頻編碼系統(tǒng)采用預(yù)測編碼與熵編碼技術(shù)，不可避免地導(dǎo)致信道誤碼沿空域與時域方向在視頻序列中傳播與擴(kuò)散，使得壓縮后的視頻碼流更容易受到誤碼的影響，加劇了接收端圖像質(zhì)量的惡化。因此，無線差錯環(huán)境下視頻通信的抗誤碼性能研究成為通信領(lǐng)域非常

2、具有挑戰(zhàn)性的重要課題。如何在盡量少占用有限帶寬資源的前提下，有效地控制信道干擾對視頻碼流的影響，在解碼端獲得最優(yōu)的視頻質(zhì)量，成為無線視頻通信必須解決的關(guān)鍵問題，這也是本文研究的主要目標(biāo)。 H.264/AVC作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，提出了很多可以顯著提高壓縮效率的先進(jìn)靈活的編碼方法，在通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文基于H.264/AVC視頻標(biāo)準(zhǔn)，圍繞無線差錯環(huán)境中視頻通信的抗誤碼技術(shù)展開深入細(xì)致的研究，主要工作與創(chuàng)新可以概括如下

3、： 首先，本文分析了視頻傳輸?shù)恼`碼現(xiàn)象與誤碼的擴(kuò)散現(xiàn)象，指出無線視頻通信所面臨的問題，進(jìn)而闡述了對差錯信道中視頻壓縮碼流傳輸魯棒性進(jìn)行研究的必要性與重要性。 接著，本文對H.264/AVC視頻編碼層高效的編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)適配層提供的友好網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行分析，從不同角度比較了目前不同傳輸網(wǎng)絡(luò)常用的各種抗誤碼技術(shù)，結(jié)合無線應(yīng)用環(huán)境，剖析了H.264/AVC視頻編碼層與網(wǎng)絡(luò)適配層提供的抗誤碼策略。在對典型的兩種無線視頻應(yīng)用環(huán)境的內(nèi)部

4、機制與協(xié)議透徹分析的基礎(chǔ)上，建立了基于RTP/IP的3G無線視頻環(huán)境與基于H.324/M的無線視頻環(huán)境的新的仿真系統(tǒng)，為本文后續(xù)各種算法和策略的實施提供了良好的測試平臺。 然后，本文對基于H.264/AVC的無線傳輸抗誤碼技術(shù)進(jìn)行了深入詳細(xì)的研究。提出新的率失真優(yōu)化編碼模式判決策略，在H.264幀內(nèi)空間預(yù)測等先進(jìn)的編碼模式下，為其新的誤碼擴(kuò)散特點提供了有效的解決方案。本文從分析誤碼信道中視頻碼流端到端的總失真入手，基于對無線IP

5、網(wǎng)絡(luò)誤碼統(tǒng)計特性的分析，提出了一個適合H.264幀內(nèi)空間預(yù)測的失真估計算法——基于三態(tài)Markov信道模型的像素迭代信道失真估計全局率失真優(yōu)化算法(TMRPCD-RDO)。提出利用三態(tài)Markov模型來描述無線IP信道的差錯傳輸特性。在全局率失真的計算中，對編碼失真與信道失真獨立計算，重點研究了信道失真與誤碼擴(kuò)散對全局失真的影響，并以像素級精度迭代估算信道誤碼在時域和空域內(nèi)的傳播。提出宏塊的加權(quán)因子與擴(kuò)散系數(shù)，優(yōu)化了信道失真估計的準(zhǔn)確性

6、，為H.264編碼模式的選擇提供了全局的率失真優(yōu)化策略，從而實現(xiàn)幀內(nèi)編碼宏塊數(shù)量與位置的優(yōu)化選擇。實驗表明，該算法有效增強了H.264編碼視頻流在無線IP信道上傳輸?shù)牟铄e恢復(fù)能力。 隨后，針對H.264檢驗?zāi)Ｐ椭鞋F(xiàn)有的時域掩蓋算法存在塊效應(yīng)與運動矢量恢復(fù)效果較差的缺陷，本文結(jié)合H.264靈活的塊匹配等編碼特性，對其時域誤碼掩蓋技術(shù)進(jìn)行了有效的研究，提出基于分塊的、利用加權(quán)邊界匹配準(zhǔn)則和自適應(yīng)搜索范圍的精細(xì)運動補償時域掩蓋算法(W

7、SMAS-RTEC)。對候選運動矢量集進(jìn)行有效地擴(kuò)充，并自適應(yīng)地確定運動矢量搜索范圍，同時提出基于邊界像素正確度與相關(guān)度的加權(quán)邊界匹配準(zhǔn)則，以正確提取最優(yōu)的矢量估計，增強了恢復(fù)運動矢量的可靠性。該算法在不增加反饋信道與不增加額外傳輸比特的條件下，對受損的運動矢量進(jìn)行有效的重建，提高了解碼視頻圖像的質(zhì)量。 最后，針對H.264中現(xiàn)有的空域掩蓋算法會導(dǎo)致圖像鈍化與邊界模糊的問題，本文對空域誤碼掩蓋技術(shù)進(jìn)行了有效的探討，基于物體邊緣方

8、向在重建視頻質(zhì)量中的重要作用，提出一種基于紋理恢復(fù)的多方向加權(quán)插值空域掩蓋算法(TRMWI-SEC)。采用簡單有效的局部紋理方向分析方法，檢測周圍鄰近圖像塊的紋理邊緣并進(jìn)行分類，利用鄰塊中的紋理相關(guān)像素，對受損塊在不同的方向進(jìn)行加權(quán)插值，并按照一定的規(guī)則將多個方向的亮度值加權(quán)組合。該算法不僅有效地恢復(fù)了誤碼區(qū)域的像素值與物體邊緣，而且與相鄰區(qū)域內(nèi)的紋理保持良好的連續(xù)性。同時，本文提出一種自適應(yīng)時/空掩蓋算法(Adaptive-EC)，根