無線視頻通信抗誤碼技術的研究.pdf

1、現(xiàn)代通信技術、多媒體技術與數(shù)字信號處理技術的日新月異的進步，以及第三代、第四代移動通信技術的成熟，使得無線網(wǎng)絡已經(jīng)能夠提供視頻通信業(yè)務。但是由于無線傳輸信道的干擾嚴重，不能提供可靠的視頻傳輸質量。同時由于常規(guī)的視頻編碼系統(tǒng)采用預測編碼與熵編碼技術，不可避免地導致信道誤碼沿空域與時域方向在視頻序列中傳播與擴散，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)的視頻質量，成為無線視頻通信必須解決的關鍵問題，這也是本文研究的主要目標。 H.264/AVC作為新一代視頻編碼標準，提出了很多可以顯著提高壓縮效率的先進靈活的編碼方法，在通信領域具有廣泛的應用前景。本文基于H.264/AVC視頻標準，圍繞無線差錯環(huán)境中視頻通信的抗誤碼技術展開深入細致的研究，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)象與誤碼的擴散現(xiàn)象，指出無線視頻通信所面臨的問題，進而闡述了對差錯信道中視頻壓縮碼流傳輸魯棒性進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和網(wǎng)絡適配層提供的友好網(wǎng)絡接口進行分析，從不同角度比較了目前不同傳輸網(wǎng)絡常用的各種抗誤碼技術，結合無線應用環(huán)境，剖析了H.264/AVC視頻編碼層與網(wǎng)絡適配層提供的抗誤碼策略。在對典型的兩種無線視頻應用環(huán)境的內部

4、機制與協(xié)議透徹分析的基礎上，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進行了深入詳細的研究。提出新的率失真優(yōu)化編碼模式判決策略，在H.264幀內空間預測等先進的編碼模式下，為其新的誤碼擴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)絡誤碼統(tǒng)計特性的分析，提出了一個適合H.264幀內空間預測的失真估計算法——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的傳播。提出宏塊的加權因子與擴散系數(shù)，優(yōu)化了信道失真估計的準確性

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恢復能力。 隨后，針對H.264檢驗模型中現(xiàn)有的時域掩蓋算法存在塊效應與運動矢量恢復效果較差的缺陷，本文結合H.264靈活的塊匹配等編碼特性，對其時域誤碼掩蓋技術進行了有效的研究，提出基于分塊的、利用加權邊界匹配準則和自適應搜索范圍的精細運動補償時域掩蓋算法(W

7、SMAS-RTEC)。對候選運動矢量集進行有效地擴充，并自適應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度的加權邊界匹配準則，以正確提取最優(yōu)的矢量估計，增強了恢復運動矢量的可靠性。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行有效的重建，提高了解碼視頻圖像的質量。 最后，針對H.264中現(xiàn)有的空域掩蓋算法會導致圖像鈍化與邊界模糊的問題，本文對空域誤碼掩蓋技術進行了有效的探討，基于物體邊緣方

8、向在重建視頻質量中的重要作用，提出一種基于紋理恢復的多方向加權插值空域掩蓋算法(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行分類，利用鄰塊中的紋理相關像素，對受損塊在不同的方向進行加權插值，并按照一定的規(guī)則將多個方向的亮度值加權組合。該算法不僅有效地恢復了誤碼區(qū)域的像素值與物體邊緣，而且與相鄰區(qū)域內的紋理保持良好的連續(xù)性。同時，本文提出一種自適應時/空掩蓋算法(Adaptive-EC)，根