H.264/AVC视频编码及误码掩盖算法的优化

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20世纪90年代以来,随着计算机技术、通信技术和网络技术的迅速发展,多媒体应用也渗透到人们的工作与生活中。 视频作为一种生动直观且信息量丰富的多媒体应用深受欢迎。但是网络带宽的有限性与视频巨大的信息量之间存在着天然的矛盾。 为此,国际上有两大组织ITU-T和ISO/IEC分别制定了一系列视频压缩标准,在一定程度上解决了信息量大的问题。 最后,ITU-T与ISO/IEC联合建立的联合视频小组JVT制定了新一代视频编码国际标准H.264:/AVC。 该标准继承了先前视频压缩编码标准的许多特性,并且有许多改进和创新,在压缩性能上有显著提高,并且在网络亲和性与抗误码能力方面也有许多改进。在电视、高清晰度电视、卫星电视、存储媒体、无线多媒体应用等方面显示出了巨大的应用潜力。 与早期的视频编码标准类似,H.264/AVC也是建立在块匹配的混合编码框架上的,基本算法仍然是通过帧内预测消除空域冗余,通过帧间预测和运动补偿来消除时域冗余,通过变换编码消除频域冗余。 因此压缩后的码流对信道比特误码特别敏感,尤其是采用了VLC方案后,码流更加容易受到误码的影响,同时预测编码技术会将错误扩散到整个视频序列中,极大地降低了重建图像的质量。 因此,要采取一定的差错控制措施。误码掩盖技术是差错控制措施的一种,是利用视频信号的时域或空域相关性和人眼视觉系统的局限性,对损坏或者丢失的视频信号进行一定程度恢复的一种技术。 根据图像的空间、时间等相关特性可以提出各种误码掩盖方法,主要包括空域插值、时域插值、频域插值以及根据不同权重的混和插值补偿方法,也包括根据图像平滑性,基于语法等方式的掩盖。 本文在学习H.264视频编码标准并在研究了误码掩盖各种策略的基础上实现了两种改进的误码掩盖算法。 一种是帧内的误码掩盖算法,根据受损宏块的类型进行不同的误码掩盖。如果是平滑宏块将用传统的像素加权平均进行恢复,如果是带边界的宏块则将16×16的误码宏块拆分成16个4×4的子块,再根据差错子块邻近的正确接收块或已掩盖的子块来对差错块进行恢复; 另一种是基于传统边界匹配算法的改进,求得误码宏块的四周宏块的运动矢量与前一帧对应宏块的运动矢量间的关系,并把这种关系作用于误码宏块的前一帧对应宏块的运动矢量,以得到当前错误宏块相对更优的候选运动矢量,再根据边界匹配准则选择候选运动矢量的误码掩盖算法。
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