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视频分级编码及可靠传输的编码技术研究

作　者: 胡栋
导　师: 郑宝玉
学　校: 上海交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 精细粒度分级编码多码流切换抗误码编码多描述编码抗混叠滤波去方块滤波软阈值滤波
分类号: TN919.81
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

由于Internet爆炸性增长和巨大成功,网络多媒体业务的需求急剧增加,如:网络视频点播、IPTV等,被业界普遍认为是信息产业新的业务增长点和经济增长点。然而,互联网的基础是IPv4,其设计的初衷主要是面向教育和研究机构的数据传输服务,是一个与生俱来的动态异构网络,无法提供可靠的质量保证,为此需要在传输和应用层上提供技术支持。然而IP网络复杂的传输特性对高效、可靠地提供视频流传输提出了挑战。因此,研究适应于IP网络传输的视频编码技术具有极其重要的理论研究价值和广阔的应用前景,是目前视频编码领域最具吸引力的方向之一。本文的工作中心即为研究适应IP网络可靠传输要求的视频编码方法,以达到提高编码效率及抗误码性能、改善重建图像质量的目的。论文首先把精细粒度分级编码(FGS)作为研究的重点,其次,将以混合编码为对象,研究基于交织的多描述视频编码,最后,对视频编码的后处理技术进行研究。本文在视频精细粒度分级编码方面进行了研究。首先提出一种码流的抽象数据表示结构,据此将目前主流的几种分级编码总结为3种类型,并对现有的3种主要的精细粒度分级编码算法性能进行了扼要的分析和概括,之后对MPEG-4 FGS的编码进行了较为全面的实验测试与性能分析,提出了在保持FGS良好的抗误码数据结构基础上,改进FGS编码性能的两个方向,即通过码流切换改进基本层编码质量以适应大范围码率的波动,以及改进增强层本身的编码效率。最后,提出了改进增强层编码的3个方法,包括DCT系数基于形态学数据重排和基于子带数据重排的增强层编码,以及最低比特面的直接编码等。实验结果表明,经过DCT系数重排后,FGS编码性能得到了实质性改善,天然地实现了基本的FGS高级选项SE和FW的功能,而无需增加额外的码率。本文在视频多码流切换方面进行了研究。首先阐述了多码流切换的基本原理和多码流切换方案,然后在对目前主要多流切换的编解码器组成结构深入分析的基础上,总结出多码流生成的本质即在码流中打入合适的“锲子”,即质量符合目标码流环境的切换帧。基于码流切换时的不同需要,提出了一种新的全嵌入式码流切换方案FESSS,详细描述了新的多码流切换方案设计过程,并提供了两种方式的基本切换码流生成算法。新算法的特点是通过开环方式生成基本码流,多个码流可以用一个编码器顺序产生,无需多个编码器并行工作,降低了计算的难度。实验结果表明,新算法性能良好,具有实际应用意义。本文在基于交织的多描述编码方面进行了研究。首先阐述了实现IP网络视频可靠传输的三种主要策略,然后扼要总结了其中的抗误码编码技术,分析了两类主要抗误码编码——分级编码和多描述编码的技术差异。在用一种新的观点——基于数据交织技术阐述目前几种主要的混合编码MDC的共性之后,着重研究实现简单、效果良好的基于象素交织的MDC。在介绍和分析基于ORB-DCT的MDC算法之后,提出一种新的改进算法,得到了物理意义更加清晰、并且适应于快速运算的结果。之后,从广义抗混叠滤波的角度对新算法做了进一步分析,把抽样类型从一维推广到二维,并在实验中发现了图像中存在不对称现象。最后从一种新的观点对基于交织的最佳重建进行了解释,从而为从2个描述推广到4个描述,以及寻找它们的最佳重建方法提供了另一种思路。本文最后研究了基于小波域软阈值的去方块滤波算法。针对现有算法存在参考模型不够准确,从而引起阈值估计不准、滤波处理不够细致的问题,提出了由图像的非纹理区为参考的改进思路,并相应地提出了两种改进算法DCCST和VFST,其中包括阈值估计和软阈值处理两方面的改进,同时针对压缩视频的去方块滤波进行了相应的修改。通过实验对新算法分别进行了单幅压缩图像和压缩视频的测试和分析。结果表明,新算法在阈值估计的准确性,滤波的效果均得到明显的改进,而计算复杂度有明显降低。最后,在对实验数据分析的基础上,提出了阈值的一致性假设,并结合实验加以解释。这一假设对实时滤波处理具有一定的参考意义。本文对全文的工作进行了回顾和总结,并且提出进一步研究的设想和方向。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-21
  1.1 视频编码的标准化与研究新进展  12-14
  1.2 IP 网络的数据传输  14-17
  1.3 本文的工作动机、内容安排和研究成果  17-21
第二章视频精细粒度分级编码FGS 的研究  21-48
  2.1 概述  21-23
  2.2 分级编码的码流数据组成结构及其描述  23-24
  2.3 精细粒度分级编码FGS 简述  24-28
  2.4 FGS 编码性能实验与分析  28-35
  2.5 FGS 性能的改进策略  35-36
  2.6 增强层编码的改进  36-46
  2.7 本章工作小结  46-48
第三章多码率视频流切换方法的研究  48-81
  3.1 概述  48-50
  3.2 多码流切换算法分析  50-53
  3.3 全嵌入式码流切换算法研究  53-64
  3.4 实验结果与分析  64-79
  3.5 本章工作小结  79-81
第四章基于交织的视频多描述编码技术研究  81-101
  4.1 概述  81-85
  4.2 数据交织与多描述编码  85-86
  4.3 基于最佳重建DCT 的多描述编码分析  86-87
  4.4 适应于快速DCT 变换的最佳重建多描述算法  87-94
  4.5 基于广义滤波的MDC 算法研究  94-98
  4.6 基于交织的最佳重建的另外一种解释  98-100
  4.7 本章工作小结  100-101
第五章基于小波域软阈值处理的去方块滤波算法研究  101-118
  5.1 概述  101-103
  5.2 基于小波域软阈值滤波的去方块滤波算法  103-105
  5.3 基于小波域软阈值滤波算法的改进  105-108
  5.4 实验结果与分析  108-115
  5.5 关于阈值的一致性假设与讨论  115-116
  5.6 本章工作小结  116-118
第六章总结  118-122
参考文献  122-132
致谢  132-133
在学期间发表的学术论文与著作  133

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