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视频通信错误检测及隐藏技术研究

作　者: 丁学文
导　师: 杨兆选
学　校: 天津大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 视频通信传输错误 MPEG-4 错误隐藏错误检测纹理形状
分类号: TN919.8
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 196次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着电子技术、计算机技术、通信技术和图像压缩编码理论的发展,视频通信的应用已成为一种必然趋势。由于视频数据量非常大,所以在通过网络传输之前必须先进行压缩。但是,压缩后的视频数据对误码非常敏感。然而无论是在IP网络还是在无线移动网络中,误码、分组丢失和延迟等现象总是不可避免。为了提高解码图像的质量,需要采取相应措施对出现的传输错误进行处理。目前,错误控制与处理技术主要有容错编码、编解码端交互错误控制和基于后处理的错误隐藏三种类型。本文基于视频压缩编码标准MPEG-4,对解码端的错误检测技术和隐藏技术进行了深入研究与探讨,并提出了一些效果较好的检错和隐错算法。本文主要工作和创新如下:针对基于模式的错误检测(MED)方法检测类型单一且不能精确定位的问题,提出了MPEG-4视频码流的两步错误检测方法。该方法首先利用预先设定的错误类型集判断视频包是否损坏,然后对损坏视频包中每一块的空域统计特征进行检测,确定第一个损坏宏块。实验结果表明,两步错误检测方法具有较高的错误检测率,可以准确地确定传输错误的起始位置,与错误隐藏方法配合能够显著提高重建视频的质量。同时该方法不需要在码流中嵌入多余数据位,因此不会增加码流位率。提出了基于纯二维小波变换的频域纹理错误隐藏算法。该算法根据频域能量在不同频率子带分布的不同,对低频和高频子带小波系数采用不同隐藏策略。对于丢失或错误的低频子带小波系数,利用数据隐藏技术传输的正确数据进行修复。对于丢失或错误的高频子带小波系数,则利用小波系数的相关性,通过子带内或子带间线性内插方法重建。该算法在不增加码流位率的条件下,有效地改善了解码图像的质量。该算法也可以应用于其它基于SPIHT的嵌入式小波编解码器中处理错误。针对大部分运动补偿时域错误隐藏方法以宏块为单位进行错误处理的不足,提出了基于宏块编码模式的时域纹理自适应错误隐藏方法。首先,利用邻域信息估计错误宏块的帧间编码模式。然后,根据所估计的编码模式,分别以块为单位或以宏块为单位对错误宏块进行运动矢量恢复和运动补偿取代。实验结果表明,该算法重建的图像在视觉效果和峰值信噪比两方面都优于多种同类方法,而且算法简单,适合实时应用。综合考虑空域、频域和时域纹理错误隐藏方法各自的优缺点以及适应范围,提出了针对MPEG-4的混合域纹理自适应错误隐藏方法。对于帧内编码帧中错误宏块,该算法以空域和时域相邻块的均方误差作为选择标准,分别使用空频域结合的隐错方法和时域隐错方法进行隐错处理。对于帧间编码帧中错误宏块,则先利用错误块邻域信息把错误块分成三种类型,再从各类错误隐藏算法中选择较优的方法重建不同类型的错误块。该方法能够弥补单一错误隐藏方法的不足,可以有效地提高重建视频的质量和隐错算法的计算效率。对MPEG-4形状错误隐藏方法进行了初步研究,在总结国内外研究成果的基础上,对其中具有代表性的空域和时域形状错误隐藏方法进行了仿真实验和性能比较。本文提出的算法可以推广应用于检测和处理其它MEPG、H.26x及JPEG等标准压缩视频中出现的传输错误。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-25
  1.1 引言  10-11
  1.2 图像和视频压缩编码技术  11-18
    1.2.1 图像压缩编码技术的理论基础  11-14
    1.2.2 图像和视频压缩的国际标准  14-18
  1.3 视频多媒体通信  18-22
    1.3.1 视频通信应用的网络环境  18-19
    1.3.2 多媒体通信协议  19-21
    1.3.3 视频通信的发展和面临的问题  21-22
  1.4 论文的主要工作和创新点  22-23
  1.5 论文的章节安排  23-25
第二章视频传输错误及其控制技术  25-42
  2.1 视频通信中的传输错误  25-27
    2.1.1 传输错误的产生及影响  25-26
    2.1.2 传输错误的传播及影响  26-27
  2.2 错误检测技术  27
  2.3 错误控制与处理技术  27-33
    2.3.1 容错编码技术  28-30
    2.3.2 编解码器交互的错误控制技术  30-31
    2.3.3 基于后处理的错误隐藏技术  31-33
  2.4 MPEG-4 的视频编码方法和容错编码技术  33-39
    2.4.1 MPEG-4 视频编码方法  34-37
    2.4.2 MPEG-4 的容错编码技术  37-39
  2.5 图像和视频恢复质量的评价标准  39-40
    2.5.1 主观图像质量评价标准  39-40
    2.5.2 客观图像质量评价标准  40
  2.6 小结  40-42
第三章视频码流错误检测技术  42-56
  3.1 错误检测技术概述  42-44
    3.1.1 错误检测方法  42-43
    3.1.2 错误定位方法  43-44
  3.2 改进型基于模式的错误检测方法  44-49
    3.2.1 基于模式的错误检测（MED）方法  44-46
    3.2.2 对MED 方法进行改进  46-48
    3.2.3 实验结果和结论  48-49
  3.3 MPEG-4 码流的两步错误检测方法  49-54
    3.3.1 视频包解码过程中的错误检测  50-51
    3.3.2 基于块检测的错误定位  51-52
    3.3.3 实验结果及分析  52-54
  3.4 本章小结  54-56
第四章空域纹理错误隐藏技术  56-66
  4.1 空域纹理错误隐藏技术简介  56-59
  4.2 加权内插算法  59-64
    4.2.1 基本加权内插算法  59-62
    4.2.2 改进型加权内插算法  62-63
    4.2.3 实验结果  63-64
  4.3 本章小结  64-66
第五章频域纹理错误隐藏技术  66-85
  5.1 基于DCT 的频域纹理错误隐藏算法  66-69
    5.1.1 离散余弦变换（DCT）  66-67
    5.1.2 基于DCT 的频域错误隐藏算法概述  67-69
  5.2 基于小波变换的频域纹理错误隐藏方法  69-83
    5.2.1 二维离散小波变换  70-74
      5.2.1.1 可分离二维小波变换  70-71
      5.2.1.2 不可分离纯二维小波变换  71-74
    5.2.2 纯二维小波的二叉树SPIHT 编码  74-76
    5.2.3 使用数据隐藏技术进行错误隐藏  76-77
    5.2.4 基于纯二维小波变换的频域错误隐藏方法  77-83
      5.2.4.1 低频子带小波系数的错误隐藏  77-78
      5.2.4.2 高频子带小波系数的错误隐藏  78-81
      5.2.4.3 实验结果与结论  81-83
  5.3 本章小结  83-85
第六章时域纹理错误隐藏技术  85-100
  6.1 时域纹理错误隐藏技术概述  85-89
    6.1.1 时域取代错误隐藏方法  85-86
    6.1.2 运动补偿时域错误隐藏方法  86-88
    6.1.3 边界匹配时域错误隐藏方法  88-89
  6.2 基于宏块编码模式的时域纹理自适应错误隐藏方法  89-98
    6.2.1 inter4v 编码模式  90
    6.2.2 基于宏块编码模式的时域自适应错误隐藏方法  90-92
    6.2.3 实验与结果  92-98
  6.3 本章小结  98-100
第七章混合域纹理错误隐藏技术  100-108
  7.1 混合域错误隐藏技术概述  100-101
  7.2 针对MEPG-4 的混合域纹理自适应错误隐藏方法  101-107
    7.2.1 帧内编码帧的混合域自适应错误隐藏  101-102
    7.2.2 帧间编码帧的混合域自适应错误隐藏  102-104
    7.2.3 实验结果  104-107
  7.3 本章小结  107-108
第八章形状错误隐藏技术  108-117
  8.1 引言  108-109
  8.2 空域形状错误隐藏方法  109-113
    8.2.1 基于自适应马尔可夫随机场的MAP 方法  109-111
    8.2.2 贝赛尔曲线拟合法  111-112
    8.2.3 实验和性能比较  112-113
  8.3 时域形状错误隐藏方法  113-116
    8.3.1 Decoder Motion Vector Estimation（DMVE）  113-114
    8.3.2 Shape Function Candidate（SFC）  114
    8.3.3 加权边界匹配法  114-115
    8.3.4 实验和性能比较  115-116
  8.4 本章小结  116-117
第九章总结与展望  117-120
参考文献  120-132
博士期间发表论文和参加的科研项目  132-134
致谢  134

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