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随着IP(Internet Protocol)网络的迅速发展,基于IP的通信包括无线IP通信技术将是未来通信重要的组成部分和发展方向,而IP视频应用正逐步成为通信的主要业务之一。然而,实际传输信道中存在各种干扰,例如:无线信道中多径衰落产生的误码和IP信道由于阻塞造成分组丢失等。由于信道带宽的限制,视频通信传输的往往是压缩编码以后的数据,而压缩数据对误码和分组丢失非常敏感,少数的误码或分组丢失就会造成恢复图像质量严重下降。因此,必须采用多种有效的差错控制方法来保证视频通信的服务质量。 本文针对基于IP网络环境的视频通信抗分组丢失问题展开了细致深入的研究工作,包括以下主要内容: 1.在信道编码方面,综述了近年来纠删码的研究和应用情况,分析了纠删码应用于IP视频通信时存在的主要问题:编解码复杂度、编解码延迟、打包开销、纠删编码码冗余度等。 针对Tornado纠删码二部图中的短环会影响纠删性能的问题提出了两个算法,生成二部图过程中避免短环出现的SCEA算法,用于减少短环数;解码时采用SCERA算法,利用异或运算的特性,减少短环引起的解码性能下降。实验结果表明提出的算法提高了Tornado码的纠删能力。 为了满足视频通信实时性的要求,综合考虑用于打包的字节开销和抗分组丢失能力之间的矛盾,提出了一种[2m-1,m,3]码的构造方法,其特例[9,5,3]码与[7,4,3]汉明码相比,增加了少量的冗余度,使抗分组能力显著提高。结合H.264的网络适配层概念,提出了一种纠正连续丢失分组能力与RS码相同的RTP分组发送方案。 2.在信源信道联合编码方面,提出了一种新的视频对象概念并实现了其划分方法,以H.264率失真优化编码确定的宏块模式为划分依据,将视频图像划分为前景和背景两个对象,避免了以往视频对象划分方法的复杂性。运用H.264的灵活的宏块排序技术将视频对象分别编码,使之可独立解码和传输。 综合分析了宏块编码模式选择、传输环境和错误掩盖等因素对视频恢复图像的影响,提出了一种基于视频对象的Intra宏块自适应刷新方法,重点对前景对象Intra刷新,在不增减任何编码率的前提下,有效地提高了视频图像的恢复质量。 结合本文提出的[9,5,3]信道编码方案,提出了一种基于视频对象的信源信道联合编码不等保护方法,对不同的视频对象采用不同的Intra刷新率,针对不同的信道丢包率,调整校验数据的发送个数。该方法实用性好,抗分组丢失能力强。 3.在视频后处理方面,提出了一种新的视频图像空间域错误掩盖方法。当传输信道中分组丢失严重时,利用H.264场编码技术将视频Ⅰ帧数据按象素行交织为上下两个场,分别独立编码和传输。若某个场中的图像数据在网络传输过程中丢失,则用相邻场的象素值通过插值的方法恢复丢失数据。实验结果表明,该方法明显优于H.264现有的空间域错误掩盖方法。 在对视频图像增强信息域语法规则的分析基础上,提出了对视频图像的头信息保护的方法。利用复制的当前帧图像头信息,使解码端可根据大数判决定理对传输过程中出错的头信息进行纠错,有效地增强了在有误码条件下视频解码器的抗干扰性能。该方法已在视频会议产品中得到应用。 通过理论分析和实验数据,对比了计算视频序列的平均PSNR的两种方法。证明了视频图像的平均平方误差MSE的算术均值比其几何均值更加适合信道失真理论的分析,指出JVT(Joint Video Team)在计算视频序列平均PSNR时存在的错误,从而使视频序列统计性能的定量分析更为准确。