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H.264视频编码中的错误掩盖技术研究

作　者: 盛赞
导　师: 张有志
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 视频编码错误掩盖方向插值 H.264 方向熵
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着多媒体、网络技术及移动通信技术的迅速发展，视频通信的应用成了必然的趋势。但无论在IP网络还是在无线移动网络信道中，误码的产生、数据的丢失总是难以避免。而且压缩后的视频数据对码元错误非常敏感，少量码元的错误就可能导致大批码元无法正确解码。由于传输效率和实时性等要求，在许多应用场合，过强的纠错编码和重传机制等差错控制方法并不适于视频传输，因而必须寻找更适于视频传输的差错控制方法。因此，视频传输中的差错控制技术和错误掩盖技术显得越来越重要。由于视频数据在时间和空间上具有相关性，传输错误的视频数据有可能利用其时间和空间上邻近的数据来恢复，这也就是所谓错误掩盖技术。在实时通信中，基于解码器端的错误掩盖方法因其无网络开销和不增加码字冗余的性质，比其他的差错控制方法更适合于实时视频通信中的应用。本文首先介绍了数字视频压缩编码的基本原理和流行的视频编码标准。然后以ITU-T的视频标准H.264／AVC为例，介绍了视频编码标准中的错误恢复以及错误掩盖等错误控制技术。接着详细讨论了H.264视频编码标准中的各种时域、频域和空域错误掩盖算法，分析并指出了各类错误掩盖算法的优缺点和适用环境。然后针对现有空域错误掩盖算法的不足，提出了一种自适应的空域错误掩盖算法。在该算法中，作者首先改进了现有的方向插值算法，提出了一种使用“双圈法”精确定位插值方向的多方向插值算法；然后引入方向熵，提出了一种基于方向熵的自适应选择算法，可以根据丢失宏块周围的边缘信息自适应地选择加权像素值平均插值算法或者本文提出的方向插值算法进行空域掩盖。本文还以H.264的测试模型软件JM86为实验平台，对本文提出的自适应空域错误掩盖算法进行了实现、测试和分析，并将改进的算法与单一错误掩盖算法进行了比较。实验结果表明，本文提出的算法不仅提高了方向插值的精确性，也避免了虚假边缘的产生，使掩盖图像的主客观质量有较大的提高。

全文目录

目录  4-7
CONTENTS  7-10
摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
缩略语  13-15
第一章绪论  15-21
  1.1 引言  15-16
  1.2 研究背景与选题意义  16-18
    1.2.1 视频压缩编码技术  16
    1.2.2 视频通信系统  16-17
    1.2.3 视频通信面临的挑战  17
    1.2.4 选题意义  17-18
  1.3 研究目标与主要工作  18
  1.4 本文的主要内容和创新点  18-21
    1.4.1 主要内容  18-19
    1.4.2 主要研究创新点  19-21
第二章数字视频压缩编码原理  21-35
  2.1 数字视频压缩编码的基本原理  21-26
    2.1.1 数字视频  21-22
    2.1.2 视频压缩的可能性  22
    2.1.3 预测编码  22-24
    2.1.4 变换编码  24-25
    2.1.5 熵编码  25-26
  2.2 典型的视频编码标准简介  26-32
    2.2.1 MPEG系列标准  26-29
      2.2.1.1 MPEG-1标准  26-27
      2.2.1.2 MPEG-2标准  27-28
      2.2.1.3 MPEG-4标准  28-29
    2.2.2 H.26X系列标准  29-31
      2.2.2.1 H.261标准  29-30
      2.2.2.2 H.263/+/++标准  30
      2.2.2.3 H.26L标准  30
      2.2.2.4 H.264标准  30-31
    2.2.3 我国的AVS标准  31-32
  2.3 H.264中的数字视频压缩编码  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章 H.264视频编码标准中的错误恢复技术  35-39
  3.1 与其他标准相同的错误恢复技术  35-36
    3.1.1 帧内编码  35
    3.1.2 图像的分割  35-36
    3.1.3 参考图像选择  36
    3.1.4 数据的划分  36
  3.2 H.264特有的错误恢复技术  36-37
    3.2.1 参数集的使用  36-37
    3.2.2 灵活的宏块次序  37
    3.2.3 冗余片方法  37
  3.3 本章小结  37-39
第四章 H.264视频编码标准中的错误掩盖技术  39-49
  4.1 错误掩盖技术综述  39-41
    4.1.1 编码端的错误掩盖技术  39-40
    4.1.2 解码端的错误掩盖技术  40-41
    4.1.3 编解码端交互错误掩盖技术  41
  4.2 空域错误掩盖技术  41-44
    4.2.1 加权像素值平均插值算法  42
    4.2.2 方向插值算法  42-44
  4.3 时域错误掩盖技术  44-46
    4.3.1 基于简单替换的时域掩盖  44-45
    4.3.2 基于块匹配的时域掩盖  45-46
  4.4 频域错误掩盖技术  46-47
  4.5 本章小结  47-49
第五章改进的自适应空域错误掩盖算法  49-55
  5.1 改进算法的思路  49-50
  5.2 改进的多方向插值算法  50-53
    5.2.1 边缘检测  51-52
    5.2.2 插值方向的确定和插值区域的划分  52-53
    5.2.3 区域内方向插值  53
  5.3 自适应切换算法  53-54
  5.4 本章小结  54-55
第六章仿真与结果分析  55-61
  6.1 JM介绍  55
  6.2 方向插值算法仿真  55-57
  6.3 自适应切换算法仿真  57-58
  6.4 自适应空域错误掩盖算法综合仿真  58-59
  6.5 本章小结  59-61
第七章总结与展望  61-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
攻读硕士研究生期间发表论文  68-69
学位论文评阅及答辩情况表  69

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