無線視頻編碼與傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、伴隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展以及無線網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷提高，在移動環(huán)境下為用戶提供多媒體通信業(yè)務(wù)正在成為可能。視覺是人類最重要的信息載體，因此視頻通信也成為多媒體業(yè)務(wù)的核心。另一方面，由于無線信道具有誤碼率高等特點(diǎn)，在無線環(huán)境中實(shí)時傳輸高質(zhì)量的視頻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。本文就是在國家863 重大課題——“數(shù)字視音頻編碼、傳輸、測試與應(yīng)用示范系統(tǒng)”（No. 2002AA119010）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——“無線信道下的信道廣義率失真模型研究”

2、（No.60372067）的共同資助下，從降低編碼復(fù)雜度和提高抗誤碼性能兩方面入手，對無線視頻編碼及傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的研究。 本文首先介紹了所研究的無線視頻編碼及傳輸系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，分析了各模塊所采用的主要技術(shù)的理論背景和特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)在信源編解碼和信道編解碼部分進(jìn)行了研究。 在信源編碼部分，針對H.264/AVC 的幀間預(yù)測編碼技術(shù)復(fù)雜度過高的問題，本文研究了宏塊最佳編碼模式與運(yùn)動估計補(bǔ)償后殘差宏塊統(tǒng)計信

3、息之間的關(guān)系，提出了兩種幀間編碼模式快速選擇算法。根據(jù)殘差宏塊統(tǒng)計度量的大小，將需要計算率失真代價函數(shù)的全部7 種編碼模式減少為一個模式組中所包含的模式子集。由于本文算法采用了重疊劃分的模式組以及動態(tài)調(diào)整的門限，能夠最大可能保證宏塊的最佳編碼模式處于所選擇的模式組中，所以可以在編碼質(zhì)量下降很小的情況下，大幅度降低編碼復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了本文算法的有效性。 同時，不同層次的無線視頻應(yīng)用對視頻壓縮編碼技術(shù)提出了計算復(fù)雜度可靈活分

4、級的要求。本文研究了H.264/AVC 運(yùn)動估計的分級性質(zhì)，提出了一種基于空間相關(guān)性的復(fù)雜度可分級幀間預(yù)測編碼算法。利用幀間編碼模式在空間上的相關(guān)性，采用一張概率表將當(dāng)前宏塊的7 種預(yù)測模式與相鄰的上側(cè)和左側(cè)宏塊的最優(yōu)編碼模式聯(lián)系起來。 對于每一種相鄰宏塊模式的組合情況，概率表將當(dāng)前宏塊的7 種預(yù)測模式按照出現(xiàn)概率的高低進(jìn)行排序，從而可以確定最可能模式、次最可能模式等。在此基礎(chǔ)上，調(diào)整用于幀間預(yù)測的模式數(shù)量以匹配移動終端不同的處

5、理能力水平，同時又可以最大可能的保證最優(yōu)模式處在所計算的模式中。實(shí)驗(yàn)證明，該算法可以靈活的實(shí)現(xiàn)四個復(fù)雜度級別的控制，而且編碼質(zhì)量的下降也不大。 在信道編解碼部分，本文首先通過仿真實(shí)驗(yàn)研究了對Turbo 碼性能影響較大的幾個重要參數(shù)。然后在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用曲線擬合等數(shù)學(xué)工具提出了一種AWGN信道條件下的Turbo 碼誤碼率模型。該模型重點(diǎn)考慮信道編解碼以及無線信道狀況對系統(tǒng)誤碼率的影響，利用預(yù)先存儲在發(fā)送端的少量模型參數(shù)，通

6、過簡單的計算就可以預(yù)測出在一定碼率、交織長度及信道信噪比條件下系統(tǒng)的誤碼率。由于在發(fā)送端掌握了原本只能在解碼端得到的誤碼率，從而可以指導(dǎo)信源信道聯(lián)合編碼中的碼率分配，并應(yīng)用在端到端的率失真優(yōu)化中。實(shí)驗(yàn)表明，該模型具有較高的精度，更重要的是，該模型為Turbo 碼性能的研究提供了一種行之有效的簡單方法，可以彌補(bǔ)理論分析困難的不足。 在信源解碼部分，為了盡可能消除無線信道的高誤碼率對解碼端重建視頻質(zhì)量的影響，本文研究了后處理的差錯隱

7、藏技術(shù)，提出了一套結(jié)合時空域差錯隱藏算法的方案。首先將編碼端幀內(nèi)預(yù)測編碼的思想引入到解碼端，提出了一種方向性插值的空域差錯隱藏算法，利用相鄰的上塊和左塊的幀內(nèi)預(yù)測模式來對當(dāng)前塊的幀內(nèi)預(yù)測模式進(jìn)行估計，然后根據(jù)估計的方向?qū)κ軗p塊插值；接下來又提出了一種增強(qiáng)型時域差錯隱藏算法，將一個受損宏塊劃分為4 個8×8 塊依次進(jìn)行處理，對于每個8×8 塊，根據(jù)其相鄰的上塊和左塊的運(yùn)動矢量生成候選運(yùn)動矢量集，從中選擇出最優(yōu)的運(yùn)動矢量，用其指向的參考幀中