基于H.264/AVC SVC的错误隐藏技术研究

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作为H.264/AVC标准的可分级扩展,H.264/AVC SVC在保证高效的编码性能前提下,支持完整的时域、空域和质量可分级特性。它能够根据不同的码率和不同应用的需求从部分码流中解码,满足于不同接收条件的应用场合和传输环境。然而,在IP网络以及无线移动网络这种易错信道中,高压缩的视频数据对误码非常敏感,某一段码流的传输误差很容易扩散到后续帧,导致视频质量大大降低。错误隐藏(Error Concealment, EC)技术不会增大编码器复杂度,能利用视频信号在空间和时间上的冗余信息和人类视觉系统特性来高效地隐藏出错的图像数据。研究基于H.264/AVC SVC的错误隐藏技术具有一定的理论意义和重要的实用价值。本文首先介绍了H.264/AVC SVC标准的编码框架,简要分析了时域、空域和质量可分级的关键技术,并重点剖析了空域可分级中的层间预测技术和质量可分级中的漂移控制技术。然后,详细阐述了空域、频域和时域三类错误隐藏技术,分析了SVC参考软件JSVM支持的五种错误隐藏方法,并针对现有基于帧的错误隐藏算法的不足,提出了一种基于块的自适应空间增强层错误隐藏算法。最后,在介绍流媒体传输相关协议和LiveMedia项目的基础上,设计并实现了基于H.264/AVC SVC的流媒体传输系统。本文的创新之处在于:1.深入研究了JSVM的错误隐藏模块,为其增加了检测和隐藏丢失条带的功能。在此基础上,提出了一种基于块的自适应空间增强层错误隐藏算法。该算法利用基本层宏块模式、相邻宏块局部运动相似度(Local Motion Similarity Degree, LMSD)和宏块块效应信息,对空间增强层丢失宏块自适应地应用BLSkip或基于外边界匹配准则(External Boundary Matching Algorithm, EBMA)的时域错误隐藏方法,以获得最佳的恢复效果。实验结果表明,在各种典型的测试序列和丢包率情况下,与JSVM中的算法BLSkip+FC相比,本文提出的ADAPT算法在低延时和高延时应用中分别获得了0.21dB和0.36dB的平均PSNR增益。2.在研究实时流媒体传输机制的基础上,完善了LiveMedia库,使其支持标准的H.264/AVC视频流传输。结合SVC码流的可分级性,提出了基本层和增强层码流分两个子会话传输的系统方案,并就实现细节进行了剖析。实验结果表明,该系统不仅能够可靠地传输标准的H.264/AVC码流,也能有效地传输SVC码流。
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