H.264/AVC的错误隐藏技术研究

论文摘要

随着通信技术和网络技术的发展,视频流业务在网络通信中占据越来越重要的地位。H.264标准是由运动图像专家组MPEG和ITU中视频编码专家组VCEG联合制定的新低比特率视频压缩编码标准。与之前的标准相比,H.264比H.263+和MPEG4表现出更好的亲和性,它采用了更多的先进技术,使得在同样的码率下运用H.264标准编码可以获得更好的主客观质量。同时H.264新标准的高效压缩算法使得视频流在传输过程中对误码丢包更为敏感,即使单个突发性的随机错误,也可能严重干扰接收端的正常解码,造成系统不稳定,或者重建视频质量的急剧下降。由于目前Internet和无线网络不能提供可靠的数据传输,因此视频流在这些网络传输时经常会发生误码和数据丢包等传输错误。所以在复杂网络环境下的传输稳定性在系统中尤为重要。本文首先介绍了视频编解码的技术背景,应用领域和研究现状,然后对H.264/AVC的容错技术及错误隐藏技术做了重点研究,比较了传统的容错技术,并对之进行分类和归纳总结,本文还研究了H.264提供的新的差错控制的方法:如数据分割,帧内编码,参数集的使用,灵活的宏块排序（FMO）,冗余片结构等。在此基础上,本文提出了一种基于数据嵌入的错误隐藏算法。在编码端提取每个宏块的编码模式及与其运动矢量最相似的相邻块索引号,并按上述结构进行编码;根据宏块交错原理在下一个帧中选择相应的嵌入对象块;再用奇偶嵌入法把重要信息嵌入到下一帧的相应码流中去;当解码端丢失正确宏块时,该算法就可以提取嵌入到下一帧的最近似的领域运动矢量来替代相应宏块的运动矢量继续进行错误隐藏。实验结果表明这一方法具有以下优点:（1）简单易实施,（2）对宏块连续出错的视频图像恢复具有明显的有效性,（3）冗余比特增加少。该算法在没有提升很大复杂度的情况下,错误隐藏主观和客观效果（PSNR）比H.264/AVC自带的算法有明显的提高,可为工程上视频错误处理提供参考。同时展望以后所要处理的工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频通信系统基本结构
• 1.3 视频压缩编码的标准化进程
• 1.4 研究工作概要与章节安排
• 1.4.1 主要研究工作
• 1.4.2 论文章节安排
• 第二章 H.264/AVC视频编码标准
• 2.1 引言
• 2.2 H.264/AVC的两层编码体系
• 2.3 H.264/AVC的类（Profile）和级（Level）
• 2.4 H.264/AVC的编解码器
• 2.4.1 H.264 编码器
• 2.4.2 H.264 解码器
• 2.5 H.264/AVC的视频压缩编码技术
• 2.5.1 帧内预测
• 2.5.2 帧间预测
• 2.5.3 整数变换与量化
• 2.5.4 熵编码
• 2.5.5 去方块滤波
• 2.5.6 码率控制
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于H.264/AVC的差错控制研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 视频流业务的分类
• 3.1.2 视频流传输的网络环境
• 3.1.3 视频传输面临的问题
• 3.2 容错技术研究现状
• 3.2.1 前向差错控制技术
• 3.2.2 后向错误隐藏技术
• 3.2.3 交互式差错控制技术
• 3.3 基于H.264/AVC的容错技术
• 3.3.1 数据分割
• 3.3.2 帧内编码
• 3.3.3 参数集的使用
• 3.3.4 灵活的宏块次序（FMO）
• 3.3.5 冗余片结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于数据嵌入的H.264/AVC错误隐藏算法
• 4.1 引言
• 4.2 面向H.264/AVC的传统错误隐藏算法
• 4.2.1 H.264/AVC I帧错误隐藏
• 4.2.2 H.264/AVC P帧错误隐藏
• 4.3 基于数据嵌入的H.264/AVC错误隐藏算法
• 4.3.1 特征数据的提取
• 4.3.2 使用FMO及条带组的宏块排列方法
• 4.3.3 特征数据的嵌入方法——奇偶嵌入法
• 4.3.4 算法步骤总结
• 4.3.5 实验结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 5.1 论文完成的主要工作
• 5.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果