（信号与信息处理专业论文）面向internet的视频编码技术研究.pdf

摘要 摘要 随着i n t e r n e t 和视频编码技术的发展，通过i n t e r n e t 传输视频码流成为一个研 究热点。视频码流具有数据量大、对实时性和可靠性要求较高的特点，而带宽波 动和丢包等在i n t e r n e t 中是经常遇到的问题。因此，研究面向i n t e r n e t 的视频编码 技术具有重要的理论意义和应用价值。本文从信源编码的角度出发，重点对视频 压缩编码的快速实现技术和抗误码视频编码技术进行了研究，主要工作和研究成 果如下： 1 针对h 2 6 4 视频编码复杂度高的问题，提出了一种宏块模式的快速判决方案。 该方案利用已编码宏块的运动矢量和模式信息预测当前宏块的候选模式类型， 采用部分率失真优化的方法决定当前宏块的模式。对测试图像序列进行测试的 结果表明，该方案能明显降低编码复杂度，而编码质量只有轻微的下降。 2 针对h 2 6 4 的灵活宏块次序( f m o ) 抗误码编码机制，提出了一种f m o 实现 方法。通过分析前一帧已编码图像中的运动以确定当前帧中前背景片组的划 分方式，并利用前景片组一般具有更高视觉重要性的特点，对前景片组进行细 分以增强其抗误码能力。同片组划分图案固定的方案相比，本文方法能在抗误 码能力和编码效率之间取得更好的折中。 3 提出了一种基于视觉感知片组的多描述编码方案。方案依据h 2 6 4 所采用的树 型结构运动补偿策略，对图像的纹理丰富区域采用了“主片组冗余片组”交 替的多描述编码方式。该方案不仅可以提高视频解码质量，而且符合人眼视觉 特性。 4 提出了一种基于h 2 6 4 视频编码的选择增强f g s 编码方法。该方法利用测试 序列中的运动细节较为集中于视觉感兴趣区的特点，对较小分割尺寸的宏块通 过位平面提升的方法来保证运动细节区域的优先编码。采用该方法可以达到对 视觉感兴趣区增强的效果。 5 提出了两种综合抗误码视频编码方案：改进的多描述可分级视频编码方案。 该方案采用多描述编码方法处理可分级编码的基本层信息，然后对得到的多个 描述再进行可分级编码。改进方案可以同时兼顾视频码流的效率和抗误码能 西安电子科技大学博士学位论文 面向i n t e r n e t 的视频编码技术研究 力；改进的f g s 视频流多路径传输方案。该方案根据分支路径带宽的变化， 对增强层的各个位平面自适应地选择重复传输或多描述编码方式。改进方案可 以同时兼顾视频码流的抗误码能力和带宽适应能力。 关键词：i n t e r n e t ，h 2 6 4 ，视频传输，视频编码，抗误码编码 西安电子科技夫学博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h es u c c e s so fb o t ht h ei n t e r n e ta n dv i d e o c o d i n gt e c h n i q u e s ，v i d e o t r a n s m i s s i o no v e rt h ei n t e r n e th a sb e c o m eah o t s p o ti nr e c e n ty e a r s v i d e os t r e a m t y p i c a l l yh a st h er e q u i r e m e n t so fw i d e rb a n d w i d t h ，l e s sd e l a ya n dh i g h e rr e l i a b i l i t y h o w e v e r ，t h e s er e q u i r e m e n t sc a nn o tb ea d e q u a t e l ys u p p o r t e db yt h ei n t e r n e t ，w h i c hi s c h a r a c t e r i z e dm a i n l yb yv a r i a t i o n si nt h r o u g h p u ta n dp a c k e tl o s s t h u s ，s t u d i e so nv i d e o c o d i n gt e c h n i q u e sf o rt r a n s m i s s i o no v e rt h ei n t e r n e ta r eo fb o t ht h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c e a n d p r a c t i c a l v a l u ei nt h i s d i s s e r t a t i o n ，s p e c i a le m p h a s i s i s g i v e n o nt h ef a s t i m p l e m e n t a t i o no fv i d e oc o m p r e s s i o na n d e r r o r - r e s i l i e n tv i d e oc o d i n gf r o mt h e v i e w p o i n to fs o u r c ec o d i n g t h em a i nc o n t r i b u t i o n sa n di n n o v a t i o np o i n t sa r ea s f o l l o w s ： 1af a s ta l g o r i t h mi sp r o p o s e dt or e d u c et h ec o m p u t a t i o n a ll o a do ft h em o d ed e c i s i o n w i t h i nh 2 6 4e n e o d e r c a n d i d a t em o d e sf o rc n r r e n tm a c r o b l o c ka r ef i r s ti n f e r r e d f r o mc o d e da d j a c e n tm a c r o b l o c k sb ya d o p t i n gm o t i o ni n f o r m a t i o na n dr a t i o so f d e f i n e dm o d es u b s e t sa si n f e r e n c em e a s u r e s ，t h e nap a r t i a lr a t e - d i s t o r t i o n o p t i m i z a t i o na p p r o a c hi sa p p l i e dt ot h ec a n d i d a t em o d e st om a k et a r g e tm o d e s e l e c t i o nf o rc o n c e r n e dt e s ti m a g es e q u e n c e s ，t h ep r o p o s e da l g o r i t h mc a nr e d u c e e n c o d e rc o m p l e x i t ys i g n i f i c a n t l yw h i l ec o d i n gq u a l i t yi so n l ys l i g h t l yd e c r e a s e d 2 t h ef l e x i b l em a c r o b l o c ko r d e r i n g ( f m o ) f e a t u r es p e c i f i e di nh 2 6 4p r o v i d e sa n o p e n ，f l e x i b l ef r a m e w o r kf o ra r b i t r a r ys l i c e sc o d i n g ，w h i c hi si n t e n d e dt oi n t e n s i f y e r r o rr e s i l i e n c e an e wf m oi m p l e m e n t a t i o ns c h e m ei s p r o p o s e di nw h i c ht h e f o r e g r o u n da n db a c k g r o u n ds l i c eg r o u pp a r e r nf o rc u r r e n tp i c t u r ei sb u i l to nm o t i o n a n a l y s i so fp r e v i o u sc o d e dp i c t u r e s i n c et h ef o r e g r o u n di so fp o t e n t i a li n t e r e s t ，t h e f o r e g r o u n ds l i c eg r o u pi sf u r t h e rd i v i d e di n t od i s p e r s e ds l i c e sf o rt h es a k eo fh i g h e r r o rr e s i l i e n c et h ep r o p o s e ds c h e m ep e r f o r m ss u p e r i o rt ot h ep a t t e r n f i x e ds l i c e a l l o c a t i o nt y p e si nt r a d e o f fb e t w e e ne l r o rr e s i l i e n c ea n dc o d i n ge f f i c i e n c y 3am o d i f i e ds c h e m ec a l l e dp e r c e p t u a ls l i c eg r o u pb a s e dm u l t i p l ed e s c r i p t i o nv i d e o c o d i n g ( p s g m d c ) i sp r o p o s e dt oi m p r o v e e r r o rr e s i l i e n c yo fh 2 6 4s t r e a m b o t h m a i na n dr e d u n d a n ts l i c eg r o u p sa r ea l t e r n a t ei ne a c hd e s c r i p t i o nf o rd e t a i l e da r e a s w h i l e f i x e d ( e i t h e rm a i no rr e d u n d a n t ) s l i c eg r o u p i s a d o p t e d f o rr e l a t i v e l y h o m o g e n e o u sa r e a s b yu s i n gp s g m d c ，t h eq u a t i t yo ft h er e c o n s t r u c t e dv i d e o c a db ei m p r o v e dw h i l et h ep e r c e p t i o ni st a k e ni n t oa c c o u n t 4 am e t h o do fs e l e c t i v ee n h a n c e m e n tf o rf i n eg r a n u l a rs c a l a b i l i t y ( f g s ) i sp r o p o s e d 西安电子科技大学博士学位论文 4 面向i n t e r n e t 的视频编码技术研究 o u ra n a l y s i ss h o w st h a t ，f o r i m a g es e q u e n c e sw i t hp a r t i c u l a rc h a r a c t e r i s t i c s ， r e g i o n o f - i n t e r e s t ( r o i ) m a yc o n t a i nas i g n i f i c a n tp a r to fa r e a sw i t hh i g hm o t i o n d e t a i lt h i sf e a t u r ei su s e di nt h ep r o p o s e df g sc o d i n gi nw h i c hb i t p l a n e so f m a c r o b l o c k sw i t hs m a l lp a r t i t i o ns i z e sa r eb i t - s h i f t e du pp r i o rt oe n c o d i n gi no r d e r t og i v et h e mah i 曲e rp r i o r i t y , h e n c em a x i m i z i n gt h eq u a l i t yo ft h ep o t e n t i a lr o ii n t h ed e c o d e dv i d e o 5 t w os y n t h e t i ce r r o r - r e s i l i e n tv i d e oc o d i n gs c h e m e sa r ep r o p o s e d ：m o d i f i e d m u l t i p l ed e s c r i p t i o ns c a l a b l ec o d i n g ( m d s c ) s c h e m e m u l t i p l ed e s c r i p t i o n c o d i n g ( m d c ) p r o c e s si sa p p l i e dt ot h eb a s el a y e ro fas c a l a b l ec o d i n gm o d u l e ， a n dt h e ne a c hd e r i v e dd e s c r i p t i o ni se n c o d e db ya n o t h e rs c a l a b l ec o d i n gm o d u l e t h ea d v a n t a g eo ft h em o d i f i e ds c h e m ei st h a tb o t hc o d i n ge f f i c i e n c ya n de r r o r r e s i l i e n c eo ft h ec o d e ds t r e a mc a nb ec o n s i d e r e ds i m u l t a n e o u s l y ；m o d i f i e d m u l t i p l ep a t ht r a n s p o r t ( m p t ) s c h e m ef o rf g sv i d e o t h eb i t p l a n e s o ft h e e n h a n c e m e n tl a y e ra r et r a n s f e r r e db yaw a yt h a ti ss e l e c t e da d a p t i v e l yf r o mc h o i c e s o fd u p l i c a t i o na n dm d ca c c o r d i n gt ob a n d w i d t hv a r i a t i o no ft h ep a t h s t h e a d v a n t a g eo ft h em o d i f i e ds c h e m ei st h a tb o t he r r o rr e s i l i e n c ea n db a n d w i d t h f l e x i b i l i t yo f t h ec o d e ds t r e a ma l ec o n s i d e r e ds i m u l t a n e o u s l y k e yw o r d s ：i n t e m e t ，h 2 6 4 ，v i d e ot r a n s m i s s i o n ，v i d e oc o d i n g ，e r r o r - r e s i l i e n t c o d i n g 鼹蜜电予科撬戎学麟氅骧驾嗡变 第一章绪论 第一章绪论 【摘要】综述了视频编码领域的国内外研究现状，介绍了论文的选题背景、主要研究内 容和主要贡献。 1 1 引言 近年来，i n t e r n e t 的迅猛发展大大提高了不同网络业务的可用带宽资源，也促 进了网络业务类型的多样性发展。i n t e r n e t 视频传输是一项正在迅速发展的网络业 务，它可以广泛应用于视频点播、网上购物、电视会议、远程教育、远程医疗、 安防监控以及实况转播等领域。 视频码流具有数据量大、对实时性和可靠性要求较高的特点，但i n t e m e t 具有 如下不利于视频传输的特点：i n t e m e t 并非为连续媒体数据的传输而设计，它是 一个不保证服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 的芡享通信信道，具有“尽力而 为”( b e s t e f f o r t ) 服务特色，由传输延时或网络拥塞造成的丢包现象普遍存在： i n t e m e t 具有异质性( h e t e r o g e n e i t y ) ，如图l 一1 所示。不同用户不仅在计算机处理 能力和外设性能方面存在很大差异，而且网络接入类型和连接各个用户的不同子 网也会在物理通道、带宽资源、传输延时和丢包率等方面有所不同，造成不同的 用户所得到的传输带宽存在着很大差异，甚至对于同一个用户在同一个时间段内 的数据传输，实际所得的传输带宽也会存在较大的波动。采用传统编码方法生成 的视频码流是很难适应i n t e m e t 传输的。因此，有必要研究面向i n t e m e t 传输的视 频编码技术以提高视频传输质量。虽然在这方面的研究工作已经取得了一些成果 1 】 2 】，但在实际应用中还存在某些问题。 目前，国内外相关领域的专家和学者开展的视频编码技术的研究主要集中在 应用层和网络层f 3 】【4 1 。 基于应用层的视频编码主要是从信号处理的角度研究视频压缩编码技术和应 用层q o s 控制技术。视频压缩编码技术主要集中在研究各种数据压缩算法，目的 是在一定的失真条件下，尽可能地提高编码效率以节省存储空间或传输带宽。应 用层q o s 控制技术主要包括拥塞控制技术和差错控制技术。拥塞控制的常用措施 包括速率控制( r a t ec o n t r 0 1 ) 和速率整形( r a t es h a p i n g ) ，目的是应对或缓解 网络拥塞以保证一定的视频传输质量。拥塞控制只能在一定程度上降低丢包 率，丢包本身仍旧会影响视频解码质量，因此要保证视频质量还需要一定的差 错控制机制。常用的差错控制机制包括前向纠错( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ， 西安电子科技大学博士学位论文 面向i n t e r n e t 的视频编码技术研究 f e c ) 、延迟约束重传、抗误码编码( e r r o rr e s i l i e n te n c o d i n g ) 和误码掩蔽( e r r o r c o n c e a l m e n t ) 等。前向纠错通过在传输的码流中加入用于纠错的冗余信息，在 遇到丢包情况时，利用冗余信息恢复丢失的信息。对于延迟约束重传，在通常 情况下，视频码流的播放有时间限制，因此只有当重传所需的时间满足正常播 放所需的时间要求时，重传才是有价值的。多描述编码( m u l t i p l ed e s c r i p t i o n c o d i n g ，m d c ) 是一种常用的抗误码编码方法，适合用于突发丢包的网络传输 环境。当误码已经发生后，接收端还可以采取误码掩蔽措施以削弱误码对视觉 质量的影响。 图1 ii n t e r n e t 的异质特性 基于网络层的视频编码主要是从网络层的角度进行研究的。连续媒体发布服 务( c o n t i n o u sm e d i ad i s t r i b u t i o ns e r v i c e s ) 和视频传输协议是两种比较典型的网 络层解决方案。连续媒体发布服务的目的是为i n t e r n e t 视频传输提供一定的q o s 保证，常用措施包括网络过滤( n e t w o r kf i l t e r i n g ) 、应用层组播( a p p l i c a t i o n - l e v e l m u l t i c a s t ) 、内容复制、内容传递网络( c o n t e n t d e l i v e r y n e t w o r k ，c d n ) 等。 网络过滤是拥塞控制的一种，不同于发送端的速率整形，网络过滤是在视频服 务器和客户端之间的传输路径上通过虚拟信道连入过滤器，该过滤器根据网络 的拥塞状态控制速率的整形。由于这种速率整形可以在拥塞点进行，因此可以 提高速率控制的效率和拥塞控制的响应速度。应用层组播的目的在于构建网络 上的组播服务并以灵活的方式实现组播控制。内容复制主要包括镜像 西安电子科掳撵槔鸯学壤褡变 第一章绪论 ( m i r r o r i n g ) 和缓存( c a c h i n g ) 两种形式，用于对频繁访问的视频信息进行 多点存储。而c d n 可以支持分布式应用，可以在一个快速变化的环境下为用 户保持最新的内容。对于i n t e r n e t 视频传输，传输协议的选择也很重要，因此 需要改进现有的网络传输与控制协议或者提出新的算法以尽量避免或缓解网络拥 塞。i n t e r n e t 视频传输常用的传输协议包括网络层的i p 协议、传输层的u d p 协议和应用层的r t p r t c p 协议等。同传输层的t c p 协议相比，u d p 协议可 以保证更小的传输延迟，但不能保证数据的可靠传输，因此需要利用上层的 r t p 协议来检测是否丢包等。r t p 协议主要为实时数据提供端到端的传送服 务，r t c p 协议则用于监视服务质量并在视频传输过程中交换信息。 本文中的视频编码技术研究集中在应用层，重点对视频压缩编码的快速实现 技术和抗误码视频编码技术进行了研究。主要研究内容包括h2 6 4 视频编码的快 速实现、基于h 2 6 4 的抗误码视频编码、基于h 2 6 4 的可分级视频编码以及综 合抗误码视频编码等。 1 2 国内外研究现状 研究图像视频数据可以发现其中存在着大量的冗余，如空间冗余、时问 冗余、信息墒冗余、视觉冗余、结构冗余、知识冗余、纹理统计冗余等，减少 这些冗余是减少图像视频数据量的基本途径。s h a n n o n 的编码定理告诉我们， 一个具有率失真函数尺( d ) 的信源，若有平均失真d ，并有两个任意小的正数 与万，则必定存在种信源编码方法使其信息比特率r r ( d ) + s ，而平均失真 d d + 占，即码率在某个界限内的压缩编码是可能的。这为图像压缩编码奠定 了理论基础。1 9 4 8 年，s h a n n o n 发表了对电视信号进行脉冲编码调制( p c m ) 的论文，标志着数字视频压缩编码技术的开端【5 1 。1 9 6 9 年在美国举行的首届 “图像编码会议”表明图像视频编码以独立的学科跻身于学术界。1 9 8 5 年， 瑞士学者k u n t 提出了第一代、第二代编码的概念1 6 】，他把早期的以去除冗余 为基础的编码方法称为第一代编码；第二代编码方法则是指8 0 年代以后提出 的新方法，如金字塔编码、矢量量化、分形编码、基于神经网络的编码、小波 变换和子带编码以及模型基编码等。2 0 世纪9 0 年代后，在国际标准化组织 ( i s o ) 、国际电工委员会( i e c ) 、国际电信联盟( i t u t ) 等组织的协调下， 对不同时期图像和视频编码的研究成果进行了收集、整理、综合、加工，制订 了三大类通用的压缩编码国际标准：j p e g 、m p e g x 和h ，2 6 x 。这些标准融合 了各种性能优良的图像编码方法，代表了不同时期图像编码的发展水平。本文 将在第二章简要回顾视频编码标准的发展历程，并重点介绍最新的h 2 6 4 视频 西安电子科技大学博士学位论文 面向i n t e r n e l 的视频编码技术研究 编码标准采用的关键技术。 通过引入一系列新的编码方式如多模式运动估计和率失真优化模式判决 7 1 等，h 2 6 4 显著提高了编码效率，也显著增加了编码复杂度，这会限制h2 6 4 在网络视频传输中的应用，因为一般的用户终端尤其是移动用户终端只具备很 有限的运算能力。要使h2 6 4 得以广泛应用，降低其运算复杂度很重要。针对 运动估计和模式判决，h2 6 4 视频编码快速算法的一般途径是为运动估计或模 式判决的搜索进程引入一种早期终止机制，并根据图像特征或已编码信息判断 是否需要继续搜索进程。通过对可能性较大的选项进行优选，并剔除可能性较 小的选项，就可以减小运动估计或模式判决的搜索范围，进而降低运算复杂度。 例如，c h e n 提出的快速运动估计算法【8 】采用了六角形搜索范围，显著减少了 匹配搜索次数；h u a n g 提出了一种多参考帧运动估计快速算法【9 】，陔算法首先 计算帧内预测模式及其预测残差及对应于前一帧的运动矢量和预测参差，以此 判断是否需要继续在剩余的其它帧中进行运动估计；a h m a d 利用了相邻宏块的 己编码的运动矢量信息和模式信息来推测当前宏块的模式【1 0 ；w u 则通过对 视频对象的纹理特性和图像序列的时间平稳性进行分析以决定当前宏块最可 能的模式范围f l l 】：j e o n 使用了s k i p 模式优先的判决方法 1 2 】；l e e 按率失真 代价的不同对宏块模式进行了分类，进而通过设置门限，逐步缩小模式的搜索 范围【1 3 】；类似的思想同样适用于帧内模式的快速判决 1 4 儿1 5 1 6 。 单纯为了提高编码效率的视频编码技术并不能适应i n t e r n e t 视频传输应 用。因为带宽波动和丢包等问题在i n t e r n e t 中是经常遇到的，如果不采取适当 的措施，它们必然会对视频传输和解码质量产生不利影响。为了适应带宽波动 的传输环境，人们提出了可分级编码的思想；为了适应丢包的传输环境，人们 又提出了抗误码编码的思想。 采用可分级编码可以适应网络带宽的变化，它的意义在于：视频压缩不仅 是高效的，而且是码率可调整的，从而仅用一个码率可调整的码流就可以支持 所有的用户1 7 】。2 0 0 0 年m p e g 4 标准增补了视频流应用框架，提出了精细可 分级( f i n eg r a n u l a r i t ys c a l a b i l i t y ，f g s ) 编码方法【18 】。f g s 编码产生基本层 和增强层两个子码流，基本层提供一个基本质量，增强层则用于实现连续的速 率控制。文献f 1 9 1 提出了一种混合时域- 质量的f g s 方案，该方案可以支持帧 率和质量的同时分级。针对f g s 编码效率不高的缺点，又提出了渐进的精细 可分级( p r o g r e s s i v ef i n eg r a n u l a rs c a l a b l e ，p f g s ) 编码方案 2 0 】。为了提高 增强层的视频质量，两个先进的机制被f g s 采用：频率权重( 2 1 】和选择增强 f 2 2 1 。s c h a a r 选择人脸区域进行选择增强 2 2 】。h e 则提出了一种基于宏块的f g s ( b f g s ) 编码方案【2 3 1 ，与传统的基于帧的f g s 编码不同，它对每个宏块进 行独立的增强层编码以支持内容感知视频传输。由于基本层和增强层的优先级 醇安电子科接大学博士学位论文 第一章绪论 是不同的，因此f g s 非常适合同不等错误保护( u n e q u a le r r o rp r o t e c t i o n ，u e p ) 方案相结合【2 4 】。为了高效利用网络带宽资源，提高端一端视频传输的率失真性 能，人们还开展了f g s 增强层的码率分配研究【2 5 【2 6 】。除了基于混合框架的 可分级编码方法外，基于帧间小波变换的可分级编码研究也很活跃 f 2 7 】【2 8 【2 9 】【3 0 】【3 l 】，代表了可分级视频编码的一个发展方向。小波理论 3 2 】 在9 0 年代受到众多领域科技工作者的高度重视，诸多优势使它成为一种很有 前途的图像视频编码方法。在诸多小波图像编码算法中，比较突出的有内嵌 零树( e z w ) 编码 3 3 】、基于分层树集合分割( s p i h t ) 编码 3 4 以及e b c o t 编码f 3 5 。对于视频而言，三维小波变换能够有效去除时间空间相关性，从而 能够实现有效压缩。自从9 0 年代中期提出基于三维小波变换的图像序列压缩 算法以来，这类算法的研究方兴未艾，如三维分层树集合分割( 3 d s p i h t ) 编码【2 8 和运动补偿时间滤波( m o t i o nc o m p e n s a t e dt e m p o r a lf i l t e r i n g ，m c t f ) 2 9 3 0 等。结合最新的视频编码标准h 2 6 4 3 6 】【3 7 】开展可分级编码的研究也 受到重视。虽然目前的h 2 6 4 标准并不支持精细可分级编码，但对该项编码工 具的需求已纳入h 2 6 4 的工作计划。h e 将p f g s 机制移植到了h 2 6 l ( h 2 6 4 草案) 3 8 】。s c h w a r z 提出了一种基于小波变换的h 2 6 4 可分级编码【3 l 】。 多描述编码( m d c ) 3 9 是一种常用的抗误码编码方法，它也产生多个子 码流( 也称为描述) ，描述具有同等重要、独立解码和相互增强的特点。m d c 假设在发送端和接收端之间有多个独立的并行信道，每个信道的质量都非常不 稳定，但所有信道同时发生误码的概率较小。m d c 的各个描述分别在独立的 信道上传输，在接收端根据描述的接收情况选择不同的解码方案。只要有任一 个描述被正确接收，m d c 解码器就可以恢复出可接受的视频质量；如果有多 个描述被正确接收，则视频质量可以得到增强。m d c 的突出优势是其较强的 抗丢包能力。参考文献中提出了很多m d c 实现方法，各种方法的区别主要在 于是在何处( w h e r e ) 和如何( h o w ) 产生多个描述，或者说，采用什么途径 在描述之间引入冗余f 4 0 。典型的m d c 方法有视频冗余编码( v i d e o r e d u n d a n c yc o d i n g ，v r c ) 【4 1 1 、多描述标量量化( m u l t i p l ed e s c r i p t i o ns c a l a r q u a n t i z e r ，m d s q ) 【4 2 】、变换编码【4 3 4 4 、基于预后处n 4 5 1 1 4 6 】、d c t 系 数的率失真优化分割 4 7 1 1 4 8 】、匹配搜索【4 9 、基于h 2 6 4 片组的编码 5 0 l 等。 此外，还有信道自适应【5 q 5 2 】、内容自适应 5 3 】、视觉感知【5 4 m d c 方法等。 各种视频编码和传输技术都具有自己的特色，相互之间还存在互补性 5 5 】。 例如，可分级编码可以适应网络带宽的变化，多描述编码可以适应丢包，多路 径传输可以降低突发丢包率，因此，联合使用这些编码技术可以更好地适应网 络视频传输，如将多描述编码和可分级编码结合起来使用【5 6 1 1 5 7 1 1 5 8 】，或将多 描述编码和多路径技术结合起来使用【5 9 1 1 6 0 1 1 6 1 1 1 6 2 等。p h i l i p 把图像组做为 西安屯子科技大学博士学位论文 面向i n t e r n e l 的视频编码技术研究 编码单元，提出了一种基于优先级编码传输( p r i o r i t ye n c o d i n g t r a n s m i s s i o n ， p e t ) 的多描述可分级编码方案 5 6 1 ；w a n g 提出的多描述可分级编码方案采用 多描述方法保护可分级码流的基本层信息 5 7 】；s c h a a r 提出了一种基于运动补 偿时间滤波的多描述可分级编码方1 襄 5 8 1 ：z h o u 采用多路径传输技术传输f g s 编码码流 6 3 1 。 1 3 本文研究内容及主要贡献 学位论文的选题来自于国家自然科学基金项目：“多描述网格基视频编码” ( 项目编号6 0 2 7 2 0 5 0 ) 以及“基于m p e g 一4 的视频联合信源信道编码”( 项目 编号6 0 3 7 2 0 4 3 ) 。作者近年来查阅了大量相关技术文献，并从信源编码的角度 出发，重点对视频压缩编码的快速实现技术和抗误码视频编码技术进行了研 究，主要取得了如下成果： 1 针对h2 6 4 视频编码复杂度高的问题，提出了一种宏块模式的快速判 决方案【6 4 1 。该方案利用已编码宏块的运动矢量和模式信息预测当前宏块的候 选模式类型，进而采用部分率失真优化的方法决定当前宏块的模式。对图像序 列进行测试的结果表明，该方案能明显降低编码复杂度，而编码质量只有轻微 的下降。 2 针对h2 6 4 的灵活宏块次序( f m o ) 抗误码编码机制，提出了一种f m o 实现方法f 6 5 1 。通过分析前一帧已编码图像中的运动以确定当前帧中前景片组 和背景片组的划分方式，并利用前景片组一般具有更高视觉重要性的特点，对 前景片组进行细分以增强其抗误码能力。同片组划分图案固定的方案相比，本 文方法能在抗误码能力和编码效率之间取得更好的折中。 3 提出了一种基于视觉感知片组的多描述编码方案 6 6 】。方案依据h 2 6 4 所采用的树型结构运动补偿策略，对图像的纹理丰富区域采用了“主片组冗 余片组”交替的多描述编码方式。该方案不仅可以提高视频解码质量，而且符 合人眼视觉特性。 4 提出了一种基于h 2 6 4 的自适应选择增强f g s 编码方法 6 7 】。该方法 利用测试图像序列中的运动细节较为集中于视觉感兴趣区的特点，对较小分割 尺寸的宏块通过位平面提升的方法来保证运动细节区域的优先编码。采用该方 法可以达到对视觉感兴趣区增强的效果。 5 提出了两种综合抗误码视频编码方案：改进的多描述可分级编码方 案 6 s 。该方案采用多描述编码方法处理可分级编码的基本层信息，然后对得 到的多个描述再进行可分级编码。该方案可以同时兼顾视频码流的效率和抗误 西安电子科技大学博士学位论文 第一章绪论 码能力；改进的f g s 视频码流多路径传输方案 6 9 。该方案根据分支路径 带宽的变化，对增强层的各个位平面自适应地选择重复传输或多描述编码方 式。该方案可以同时兼顾视频码流的抗误码能力和带宽适应能力。 1 4 本文结构安排 第一章绪论。综述了视频编码领域的国内外研究现状，介绍了论文的选题背景、 主要研究内容和主要贡献。 第二章h 2 6 4 视频压缩和抗误码编码技术。简要回顾了图像视频编码标准的发 展历程，着重介绍了新一代视频编码标准h 2 6 4 在压缩编码和抗误码编 码方面的技术亮点。 第三章h 2 6 4 视频编码的快速实现技术。针对h 2 6 4 视频编码的模式判决环节， 对相邻宏块模式之间的相关性进行了分析，提出了一种快速算法以降低 模式判决的运算复杂度。 第四章基于h 2 6 4 的扩展抗误码视频编码技术。提出了两种基于h 2 6 4 的扩展 抗误码视频编码方案：运动自适应分片圈定算法和基于视觉感知片组的 多描述视频编码。 第丘章基于h 2 6 4 的扩展可分级视频编码技术。提出了一种基于h2 6 4 的自适 应选择增强f g s 视频编码方案。 第六章综合抗误码视频编码和传输技术。利用多描述编码和可分级编码具有互 补性的特点，提出了两种改进的多描述可分级视频编码方案。 结束语总结全文。回顾了论文的工作，并对视频编码领域的未来发展提出几点 个人看法。 第一章参考文献 1 y a ow a n g ，j o r no s t e r m a n n ，y a - q i nz h a n g 视频处理与通信，北京：电子l , l k 出 版社，2 0 0 3 年6 月。 【2 】沈兰荪视频编码与低速率传输，北京：电子工业出版社，2 0 0 1 1 2 。 3 w a n gy a oa n dz h uq f e r r o rc o n t r o la n dc o n c e a l m e n tf o rv i d e oc o m m u n i c a t i o n s ： ar e v i e w p r o c e e d i n g so f i e e e ，1 9 9 8 ，8 6 ( 5 ) ：9 7 4 9 9 7 4 w udp h o ut ，z h uw y a q i nz h a n g ，p e h aj s t r e a m i n gv i d e oo v e rt h ei n t e r n e t ： a p p r o a c h e sa n dd i r e c t i o n s i e e et r a n s a c t i o n so nc i r c u i t sa n ds y s t e m sf o rv i d e o t e c h n o l o g y , s p e c i a li s s u eo ns t r e a m i n gv i d e o ，2 0 0 1 、11 ( 3 ) ：2 8 2 3 0 0 西安电子科技大学博士学位论文 第一章绪论 码能力；改进的f g s 视频码流多路径传输方案 6 9 j 。该方案根据分支路径 带宽的变化，对增强层的各个位平面自适应地选择重复传输或多描述编码方 式。该方案可以同时兼顾视频码流的抗误码能力和带宽适应能力。 1 4 本文结构安排 第一章结论。综述了视频编码领域的国内外研究现状，介绍了论文的选题背景、 主要研究内容和主要贡献。 第一二章h2 6 4 视频压缩和抗误码编码技术。简要回顾了图像视频编码标准的发 展历程，着重介绍了新一代视频编码标准h 2 6 4 在压缩编码和抗误码编 码方面的技术亮点。 第三章h 2 6 4 视频编码的快速实现技术。针对h 2 6 4 视频编码的模式判决环节， 对帽邻宏块模式之间的相关性进行了分析，提出了一种快速算法以降低 模式判决的运算复杂度。 第四章基于h 2 6 4 的扩展抗误码视频编码技术。提出了两种基于h 2 6 4 的扩展 抗误码视频编码方案：运动自适应分片圈定算法和基于视觉感知片组的 多描述视频编码。 第五章基jh2 6 4 的扩展可分级视频编码技术。提出了种基于h2 6 4 的自适 应选择增强f g s 视频编码方案。 第六章综合抗误码视频编码和传输技术。利用多描述编码和可分级编码具有互 补性的特点，提出了两种改进的多描述可分级视频编码方案。 结束语总结全文。回顾了论文的工作，并对视频编码领域的未来发展提出几点 个人看法。 第一章参考文献 1 y a o w a n g ，j o m o s t e r m a n n ，y a - q i n z h a n g 视频处理与通信，北京：电子工业出 版社，2 0 0 3 年6 月。 f 2 沈兰荪视频编码与低速率传输，北京：电子工业出版社，2 0 0 11 2 。 3 w a n gy a oa n dz h uqf e r r o rc o n t r o la n dc o n c e a l m e n tf o rv i d e oc o m m u n i c a t i o n s ： a r e v i e w p r o c e e d i n g so f i e e e ，1 9 9 8 ，8 6 ( 5 ) ：9 7 4 - 9 9 7 4 w udp ，h o ut ，z h uw ，y a - q i nz h a n g ，p e h aj s t r e a m i n gv i d e oo v e rt h ei n t e m e t ： a p p r o a c h e sa n dd i r e c t i o n s 1 e e et r a n s a c t i o n so nc i r c u i t sa n ds y s t e m sf o rv i d e o t e c h n o l o g y , s p e c i a li s s u eo i ls t r e a m i n gv i d e o ，2 0 0i ，1l ( 3 ) ：2 8 2 3 0 0 t e c l m o l o g y