（控制理论与控制工程专业论文）易错信道中视频传输差错控制算法研究.pdf

- - _ _ _ _ 一一 p h d d i s s e r t a t i o no f s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y t l l l llu l ll r l f l l i r lrllf1 1 1 1frllj y 1812 2 7 3 i i i i i i s t u d yo ne r r o rc o n t r o lf o rv l d e o t r a n s m i s s i o no v e re r r o r p r o n ec h a n n e l s dep a r t men t a u t o m a t i o n s p e c i a l t y ：c o n t r o lt h e o r y & c o n t r o le n g i n e e r i n g c a n d i d a t e ：f e n gx i u b o s u p e r v i s o r ：p r o f x i e j i a n y i n g s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y d e c 2 0 0 6 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 两荡改 日期：2 肋6 年p 月乡日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密硒，在互年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：两方演 指导教师签名： 日期：硝年i 二- y j 侈日 日期：c ，6 年i 明哆日 e 海交通大学博士学位论文 易错信道中视频传输差错控制算法研究 摘要 通信技术的发展和视频压缩技术的提高，使数字视频传输服务正逐步走进现实生活。当前有 线和无线传输信道并不能保证压缩视频位流的可靠传输，在传输过程中可能会出现误码或分组丢 失。多数视频压缩编码规范都采用基于块的混合压缩编码算法，利用帧间预测减少视频序列时间 域冗余，利用变换编码降低残差图像空间域冗余，利用可变长编码减少统计冗余。视频压缩编码 规范在实现编码效率的同时，压缩视频位流更容易受到传输错误的影响。单个误码可能会导致两 个同步头之间的视频位流无法正常解码，分组丢失会造成一帧图像内连续数量宏块出错。同时， 一帧图像中的传输错误可能会通过运动补偿扩散到后续帧，造成连续几帧图像质量下降。因此， 需要针对视频编码器和传输信道研究开发高效以及鲁棒性的视频传输编码算法，在实现视频序列 压缩效率的同时，提高系统的抗误码能力。同时也需要在视频解码实施适当的错误隐藏算法，减 少传输出错带来的视频图像质量下降。 在视频编码器端，为有效阻断错误帧间扩散，论文提出了一种适用于无线视频传输的帧内刷 新策略。该策略采用二阶m a r k o v 模型仿真无线信道的突发性出错特点，结合解码器的具体错误隐 藏算法，从像素层和宏块层分析了错误帧间扩散所引起的失真。将错误扩散失真引入到速率一失 真率框架内，提出了一种高效的帧内刷新策略。该策略可根据信道传输状态和解码图像的错误帧 间扩散严重程度，合理确定帧内刷新宏块的位置和数量，实现编码效率和容错能力的优化。结合 反馈信道，讨论了视频传输系统中的反馈信息对无线信道模型和错误扩散过程的校正作用。本文 帧内刷新策略与视频压缩标准相兼容，适用于实时的端到端无线视频通信。 论文研究了联合信源信道编码的码率分配问题，提出了一种应用于无线视频传输的前向纠 错码码率分配算法，目标是确定最优的前向纠错码( f e c ) 编码速率使图像解码失真最小。首先分析 了视频分组在无线传输信道采用前向纠错码后所产生的残余分组出错率问题。根据h 2 6 3 速率一失 真率理论，对信源失真进行了估算。结合错误隐藏错误算法和无线信道传输条件，对信道失真进 行了分析。综合考虑信源失真和信道失真对解码失真的影响后，得出了联合信源信道码率分配 优化算法。该算法可以在有限传输带宽条件下，根据无线信道的传输条件合理分配信源信道编 上海交通大学博士学位论文 码速率，提高无线视频传输质量。 论文研究了解码器端的错误隐藏算法，分别在时间域和空间域提出了一种基于边界的错误隐 藏算法。首先对出错宏块的空间相关性进行分析，提出了一种可靠的边界提取、连接和出错宏块 内部边界像素的恢复策略。在本文基于边界的空间域错误隐藏算法中，利用已恢复边界将出错宏 块划分为像素灰度分布相对均匀的子块，然后对各个子块中的错误像素实施方向性插补。在时间 域错误隐藏算法中，利用已恢复边界将出错宏块划分为时间运动性相同的若干子块，通过每个子 块的边界像素和正确解码的周围像素在参考帧中进行解码器运动矢量估计，实现出错子块的错误 隐藏。采用边界划分子块的方案可使各个子块更容易满足空间域像素分布的平滑性和时间域运动 的统一性，因此基于边界的空间域和时间域错误隐藏算法的图像恢复质量有所提高。本文错误隐 藏算法不增加传输速率和传输延时，可以应用在大多数视频传输系统中。 最后，对论文的工作进行了总结并对进一步的研究提出了建议。 关键词：视频传输，错误帧间扩散，帧内刷新，前向纠错码码率分配，解码失真估计， 边界恢复，错误隐藏 上海交通大学博士学位论文 s t u d yo ne r r o rc o n t r o lf o rv i d e o t r a n s m i s s i o no v e re r r o r p r o n ec h a n n e l s a b s t r a c t t h er e c e n ta d v a n c e m e n to fc o m m u n i c a t i o na n dv i d e oc o m p r e s s i o nt e c h n o l o g ym a d ed i g i t a lv i d e o t r a n s m i s s i o nar e a l i t y c u r r e n tw i r ea n dw i r e l e s st r a n s m i s s i o nc h a n n e lc a n n o tg u a r a n t e er e l i a b l e d e l i v e r yo fc o m p r e s s e dv i d e ob i t - s t r e a m b i te r r o r so rp a c k e tl o s s e sm a yo c c u rd u r i n gt r a n s m i s s i o n m o s tv i d e oc o d i n gs t a n d a r d sa d o p tb l o c k - b a s e dh y b r i dc o d i n ga l g o r i t h m st or e d u c et h et e m p o r a l r e d u n d a n c yb yi n t e rf r a m ep r e d i c t i o n , r e d u c es p a t i a lr e d u n d a n c yo fr e m a i n i n gs i g n a lb yt r a n s f o r m c o d i n ga n dr e d u c es t a t i s t i cr e d u n d a n c yb yv a r i a b l el e n g t hc o d i n g w h i l et h eh y b r i dc o d i n ga l g o r i t h m s a c h i e v eh i g hc o d i n ge f f i c i e n c y , t h ec o m p r e s s e dv i d e ob i t - s t r e a mi sm o r ev u l n e r a b l et ot r a n s m i s s i o n e r r o r s o n eb i te r r o rm a yr e s u l ti nf a i l u r eo fd e c o d i n go fa l lt h eb i t sb e t w e e nt w os y n c h r o n i z a t i o n m a r k e r sa n dp a c k e tl o s sm a yl e a dt oc o n t i n u o u s l ye r r o n e o u sm i c r o b l o c k si naf r a m e m o r e o v e r ，t h e e r r o r si no n ef r a m em a yp r o p a g a t et os u c c e s s i v ef l a m e sb ym o t i o nc o m p e n s a t i o n h i g he f f i c i e n c ya n d r o b u s tv i d e oc o d i n ga n dt r a n s m i s s i o na l g o r i t h m ss h o u l db ed e v e l o p e dt ot r a d e o f ft h ec o d i n ge f f i c i e n c y a n da n t i - t r a n s m i s s i o ne r r o rc a p a b i l i t y e r r o rc o n c e a l m e n ta l g o r i t h m sa l s os h o u l db ei m p l e m e n t e da t v i d e od e c o d e rt or e d u c et h eq u a l i t yd e g r a d a t i o nc a u s e db yt r a n s m i s s i o ne i t o r s a tt h ev i d e oe n c o d e r , a ni n t r ar e f r e s hs c h e m ei sp r o p o s e df o rw i r e l e s sv i d e ot r a n s m i s s i o nt os t o p i n t e rf r a m ee r r o rp r o p a g a t i o n t w o s t a t em a r k o vm o d e li sa d o p t e dt os i m u l a t et h ef a d i n gw i r e l e s s c h a n n e l t h ee r r o rp r o p a g a t i o np r o c e s s e so fp i x e ll e v e la n dm i c r o b l o c kl e v e la r ca n a l y z e dc o m b i n e d w i t hs p e c i f i ce r r o rc o n c e a l m e n ta l g o r i t h m sa td e c o d e r t h ep r o p a g a t i o nd i s t o r t i o ni si n c o r p o r a t e di n t o r a t e d i s t o r t i o nf r a m et od e v e l o pao p t i m i z e di n t r ar e f r e s hs c h e m e t h el o c a t i o na n dn u m b e ro ft h ei n t r a m i c r o b l o c k sa r ed e t e r m i n e de f f i c i e n t l yt os t o pi n t e rf r a m ee r r o rp r o p a g a t i o nb a s e do nt r a n s m i s s i o n s t a t e so fw i r e l e s sc h a n n e la n de l t o rp r o p a g a t i o n f e e d b a c ki n f o r m a t i o ni sa l s oe x p l o i t e dt oe n h a n c et h e r o b u s t n e s so fw i r e l e s sc h a n n e lm o d e la n de r r o rp r o p a g a t i o na n a l y s i s t h ep r o p o s e di n t r ar e f r e s hs c h e m e i sc o m p a t i b l ew i t hv i d e oc o d i n gs t a n d a r d sa n dt a i lb ea p p l i e dt or e a lt i m ee n dt oe n dw i r e l e s sv i d e o i i i 上海交通大学博士学位论文 j o ns o u r c e c h a n n e lr a t ed e c i s i o ni ss t u d i e da n daf o r w a r de r l o rc o r r e c t i o n ( f e e ) c o d i n gr a t e d e c i s i o na l g o r i t h mf o rv i d e ot r a n s m i t t e do v e rr a y l e i g hf a d i n gw i r e l e s sc h a n n e li sp r o p o s e d t h e o b j e c t i v ei st od e c i d eo p t i m a lf e cc o d er a t ea n dm i n i m i z et h ed e c o d e rd i s t o r t i o n r e s i d u a lp a c k e tl o s s r a t eo fp a c k e tl e v e lf e co fw i r e l e s sc h a n n e li sa n a l y z e d t h es o u r c ed i s t o r t i o ni se s t i m a t e db yh 2 6 3 r a t e d i s t o r t i o nm o d e l t h ec h a n n e ld i s t o r t i o ni se s t i m a t e dw i t ht h ee r r o rc o n c e a l m e n ta l g o r i t h m sa n d c h a n n e lt r a n s m i s s i o nc o n d i t i o n s b yt a k i n gc o n s i d e r a t i o no fs o u r c ed i s t o r t i o na n dc h a n n e ld i s t o r t i o n t o g e t h e r , t h eo p t i m i z a t i o np r o b l e mf o rf e cc o d er a t ei sr e s o l v e d t h ej o i n tr a t ed e c i s i o nc a na l l o c a t e b a n d w i d t ht ov i d e os o u r c ee n c o d e ra n dc h a n n e lf e cf a i r l ya tl i m i t e dt r a n s m i s s i o nb a n d w i d t ha n dc a n e n h a n c ev i d e ot r a n s m i s s i o nq u a l i t yo v e rw i r e l e s sc h a n n e l e r r o rc o n c e a l m e n ti ss t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n at e m p o r a le r r o rc o n c e a l m e n ta n das p a t i a le r ) r c o n c e a l m e n ta l g o r i t h mb a s e do ne d g er e c o v e r ya r ep r o p o s e d f i r s t l y , t h es p a t i a lc o r r e l a t i o no f e r r o n e o u sm i c r o b l o c ki sa n a l y z e da n dar e l i a b l ee d g ep i x e ld e t e c t i o n , l i n k a g ea n dr e c o v e r ya l g o r i t h mi s p r o p o s e d i nt h ep r o p o s e ds p a t i a le r r o rc o n c e a l m e n ta l g o r i t h m , r e c o v e r e de d g e sd i v i d et h ee r r o n e o u s b l o c ki n t os e v e r a ls u b - b l o c k sw i t hs m o o t hp i x e lv a l u ed i s t r i b u t i o n d i r e c t i o n a li n t e r p o l a t i o ni sa p p l i e d t oe a c hs m o o t hs u b - b l o c kt or e c o v e rt h el o s tp i x e l s i nt h ep r o p o s e dt e m p o r a le r r o rc o n c e a l m e n t a l g o r i t h m , t h er e c o v e r e de d g e ss e p a r a t et h ee d g e dm i c r o b l o c ki n t os e v e r a ls u b - b l o c k s 丽mh o m o g e n o u s m o t i o na c t i v i t y e a c hs u b - b l o c ki sc o n c e a l e db yd e c o d e rm o t i o ne s t i m a t i o ni nt h er e f e r e n c ef i a m cu s i n g c o r r e c t l yd e c o d e db o u n d a r yp i x e l sa n dr e c o v e r e de d g ep i x e l s a sr e f e r e n c ep i x e l s d i v i d i n gt h e m i c r o b l o c kb ye d g em a k e st h es u b - b l o c ks a t i s f ys m o o t hp i x e lv a l u ed i s t r i b u t i o na n dm o t i o nc o n s i s t e n t b e t t e r t h ep r o p o s e ds p a t i a la n dt e m p o r a le r r o rc o n c e a l m e n ta l g o r i t h m se n a b l et h ed e c o d e ra c h i e v e b e t t e ri m a g er e c o v e r yq u a l i t y t h ep r o p o s e de r r o rc o n c e a l m e n ta l g o r i t h m sd o n ti n c r e a s e t h e t r a n s m i s s i o nr a t ea n dc a l lb ci m p l e m e n t e di nm o s tv i d e ot r a n s m i s s i o ns y s t e m a tt h ee n d ，t h er e s e a r c hw o r k so ft h i sd i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da n df u r t h e rr e s e a r c h e si nt h i s f i e l da r ep r o p o s e d k e yw o r d s ：v i d e ot r a n s m i s s i o n ，e r r o rp r o p a g a t i o n ，i n t r ar e f r e s h ，f o r e w o r de r r o rc o r r e c t i o n ( f e c ) ， c o d er a t ea s s i g n m e n t ，d e c o d e rd i s t o r t i o ne s t i m a t i o n , e d g er e c o v e r y , e r r o rc o n c e a l m e n t i v 上海交通大学博上论文 目录 摘要i a b s t r a c t i 第一章绪论1 1 1 弓i 言1 1 2 视频压缩编码技术2 1 2 1 基于块的混合压缩编码2 1 2 2 视频压缩编码标准及其差错控制5 1 3 视频传输技术8 1 3 1 视频传输通信协议8 1 3 2 传输信道参数1 0 1 3 3 信道出错模式与信道模型1 0 l - 4 论文主要内容及结构1 3 参考文献一1 4 第二章视频传输差错控制1 7 2 1 视频传输差错控制原理与分类1 7 2 2 冗余信源编码1 8 2 2 1 位流层差错控制1 8 2 2 2 错误帧间扩散差错控制2 0 2 2 3 分层编码2 l 2 2 4 多描述编码2 2 2 3 信源信道联合差错控制2 2 2 4 解码器错误隐藏2 3 2 5 视频传输质量评价指标2 4 2 6 小结2 5 参考文献2 5 第三章帧内刷新策略2 9 3 1 问题的提出2 9 3 2 几种主要的帧内刷新策略3 1 v 上海交通大学博上论文 3 2 1 随机刷新策略3 1 3 2 2 图像内容自适应帧内刷新策略3 2 3 2 3 基于错误跟踪技术的帧内刷新策略3 4 3 3 基于速率一失真率的帧内刷新策略3 6 3 3 i 引言3 6 3 3 2 无线信道模型3 9 3 3 3 帧间错误扩散失真分析4 0 3 3 4 速率一失真率框架内的帧内刷新策略4 3 3 3 5 帧内刷新策略的反馈校正4 5 3 4 仿真实验4 6 3 4 1 开环帧内刷新策略仿真结果4 6 3 4 2 闭环帧内刷新策略仿真结果4 9 3 5 小结5 2 参考文献5 2 第四章前向纠错码码率分配策略。5 5 4 1 引言5 5 4 2 前向纠错码性能评估5 6 4 2 i 前向纠错码分组策略5 7 4 2 2 无线信道残余分组出错率5 8 4 3 视频编码信源失真分析6 0 4 4 视频传输信道失真分析6 2 4 4 i 整数像素运动矢量信道失真6 2 4 4 2 半像素运动矢量信道失真6 4 4 5 最优纠错码编码分配6 6 4 6 仿真实验6 7 4 6 1 仿真环境设置6 7 4 6 2 仿真结果6 9 4 7 小结。7 l 参考文献。7 2 第五章错误隐藏算法7 5 5 1 引言7 5 v i 上海交通大学博士论文 5 2 变换域错误隐藏算法7 5 5 3 空间域错误隐藏算法7 7 5 3 1 确定性错误隐藏算法7 8 5 3 2 基于图像统计特性的错误隐藏算法7 8 5 4 时间域错误隐藏算法8 0 5 4 1 参考矢量集8 2 5 4 2 周用像素匹配算法( b m a ) 8 4 5 4 3 解码器运动矢量估计8 5 5 5 基于边界的时间域空间域错误隐藏算法8 6 5 5 1 引言8 6 5 5 2 边界像素提取8 7 5 5 3 边界恢复9 l 5 5 4 基于边界的空间域错误隐藏算法9 3 5 5 5 基于边界的时间域错误隐藏算法9 5 5 6 仿真实验9 7 5 6 1 仿真实验设置一9 7 5 6 2 基于边界的空间域错误算法仿真结果9 8 5 6 3 基于边界的时间域错误算法仿真结果1 0 1 5 7 j 、结1 0 2 参考文献。1 0 4 第六章总结和展望1 0 7 6 1 论文工作总结1 0 7 6 2 展望1 0 8 致谢1 0 9 攻读博士学位期间撰写和发表的学术论文11 0 v i i - o _ - _ 一 上海交通大学博士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 通信技术的发展和视频压缩技术的提高，使数字视频传输服务正逐步走进现实生活。基于有 线网络视频传输的p t v 在部分国家和地区已进入测试和商用阶段。3 g p p 为第三代移动通信系统 制定了多种视频服务，如基于电路和分组交换的会话服务、流媒体和视频消息服务 1 3 。 在带宽有限的条件下要实现视频网络传输，必须对视频进行压缩。当前主要的视频压缩标准 如m p e g 2 1 4 、h 2 6 3 系列标准 5 8 】、m p g e - 4 9 、h 2 6 4 a v c 1 0 以及2 0 0 6 年3 月份通过的国内视 频编码标准a v s 1 1 】都采用了基于块的混合压缩编码方案，即通过运动估计席h 偿( m e m c ) 消除视 频时间冗余，对差值图像进行变换编码如离散余弦变换( d c t ) 、整数编码( i c t ) 消除空间冗余， 对量化系数进行可变长编码( 。c ) 消除统计冗余。混合编码在很大程度上消除了视频信号中冗 余信息，实现了良好的视频压缩效率。 当前的传输信道并不能完全保证数字视频位流的可靠传输。在有线网络中，网络拥塞会造成 视频分组丢失，延时抖动会造成实时视频传输系统中的迟到分组不可用。在无线网络传输中，受 到环境噪声干扰，同频干扰、多径衰减等因素的影响，信号传输过程中会出现突发性错误，造成 连续误码或分组丢失。论文中把这种容易出现传输误码或分组丢失的传输信道统称为易错信道 ( e r r o r - p r o n ec h a n n e l ) 。经过压缩编码的视频位流在易错信道中传输时，更容易受到传输错误的影 响。视频位流中的v l c 编码对误码很敏感，v l c 编码出错后很难准确定位错误位置，造成两个再 同步标志之间的数据全部丢失。由于视频编码器采用运动估计脖h 偿，前面帧中的错误会扩散到后 续帧中并长时间存在，造成视频质量的持续下降。因此易错信道中视频传输差错控制技术最近几 年一直是研究热点问题。 图1 - 1 是端到端的数字视频传输系统结构图，发送端包括视频编码器、信道编码器。视频信 号经信道传输后，通过信道解码器和视频解码器恢复出原始的视频信号。接收端可通过一定方式 把视频信号的解码情况反馈到发送端，协助视频编码器和信道编码器对编码策略进行调整。为了 分析视频传输出错原因和传输错误引起的后果，需要对传输系统中的各个环节，包括视频编码器、 传输信道、视频解码器进行研究，在此基础上才可能深入研究视频传输差错控制的机理并提出有 效的差错控制算法。下面将首先围绕视频编解码和传输信道展开。 上海交通大学博士学位论文 图1 - 1 端到端视频传输系统 1 2 视频压缩编码技术 1 2 1 基于块的混合压缩编码 1 1 4 1 1 11 型! i m i c r o - b l o c k 1 0p l x e l s y ly 2 y 3y 4 | ji q ab l o c k 1l 图1 - 2q c i f 格式图像块结构 f i g 1 2b l o c ks t r u c t u r eo fq c fi m a g e 视频压缩编码的目标是减少视频序列中的冗余信息。当前主流视频压缩算法均采用基于块的 混合压缩方案。编码器首先把一幅视频图像划分为m n 的像素块，然后实施时间域和空间域的 混合压缩。图1 2 给出了l 4 通用中间格式( q c i f ) 图像的划分过程。一幅q c 巧图像共有1 7 6 x 4 4 个像素，整幅图像以1 6 个像素为宽度划分成9 个宏块鲤t ( g o b ) ，每个宏块组中包含了1 1 个1 6 x 1 6 像素的宏块( ) ，一帧q c i f 格式的图像被划分成了9 9 个宏块。对于4 ：2 ：0 采样的q c t f 格式 2 上海交通大学博士学位论文 图像而言，每个宏块包含了4 个8 8 像素的亮度块( b l o c k ) 和两个8 8 像素的色度块，分别如图 1 - 2 中的y 1 y 4 以及c b 、c r 块所示。 图1 - 3 基于块的混合视频编码器 编码模式 传输标志 量化指示 量化编码 运动矢量 图1 3 是基于块的混合视频编码器实现框图，主要包括运动估计、量化、编码等部分。编码 器中还包含了反量化和反变换，生成的图像存放于帧存储器中作为运动估计的参考帧。在时间域 内，视频编码器通过运动估计辟h 偿消除相邻帧之间的冗余信息。运动估计一般采用亮度块进行计 算，产生的运动矢量值同时应用于色度块。设b “。( 七，) 表示在第刀帧图像中坐标为( f ，- ，) 的宏块 中的一个像素，该像素在宏块中的坐标为( j i ，) ，b 。叫卜一1 ( 七，) 表示在第刀1 图像中坐标为 ( f u ，j 一1 ，) 的宏块中的一个像素，该像素在宏块中的坐标为( 后，) 。运动估计的目标是搜索合适 的运动矢量 ，1 ，) ，使块e ，。和b ，卜”一l 最匹配a 常采用的匹配准则为像素绝对差之和( s a d ) ： s a d ( u ，v ) = eb i , j , n ( 后，i ) - b 一扣l ( 七，f ) i ( 1 1 ) k = l = l 不同编码标准用于运动估计的块的尺寸( m n ) 定义不同，例如在h 2 6 3 系列标准中，用于运动矢 量估计的可以是1 6 x1 6 像素的宏块，也可以是8 8 像素的块。除上面两种尺寸的像素块以外， h 2 6 4 a v c 中还定义了其它尺寸的像素块，如1 6 x 8 、8 1 6 、4 8 、8 4 、4 4 等。一般而言， 像素块的尺寸越小，运动矢量的精度越高，但同时运动矢量搜索计算量会越大，用于运动矢量编 3 上海交通大学博士学位论文 码的字节数越多。运动矢量搜索是视频编码中最耗时的运算过程，约占整个压缩编码过程运算量 的5 0 7 0 1 2 。有关运动估计的快速算法可参考文献 1 3 1 4 。为了保持编码器和解码器中参 考图像的同步，运动矢量估计的参考帧使用编码器中的解码帧。 运动矢量搜索完成以后，需要对当前帧和参考帧形成的差值图像进行变换，消除空间冗余信 息。变换一般以8 8 像素块进行。当前的大部分视频编码标准采用了离散余弦变换( d c t ) 1 5 将 差值块的能量压缩到d c t 域的少数几个系数上面，其它大部分系数量化后为零。8 8 的d c t 变 换定义为： c ( m = a ( m ) f l ( 刀，喜扣加。s ( 鼍竽 c o s ( 笔半 n 2 ，甩) = 刀) b ( f ，加o s l 竿】c o s i 半l ( 1 2 其中c ( m ，1 ) 为变换后的8 x 8d c t 系数，b ( i ，j ) 为8 8 像素块，a ( m ) 、( ，1 ) 为系数， 当m = n = o 时，口( m ) = 夕( ，1 ) = 1 2 i ，当1 m , n l 则m b ( m ，o 采用i n t r a 方式编码。否则 采用i n t e r 方式编码。 c b e r c 采用解码器的潜在错误扩散造成的失真作为帧内刷新的判断准则，对存在着较大失 真的宏块进行刷新，因此可以有效的阻断错误扩散，提高视频传输系统的容错能力。但在c b e r c 中，错误隐藏策略是在一帧图像中最多只有一个分组丢失的条件下进行的。计算c e i - ( m 1 ) 时， 仅考虑了m 1 帧图像中出现分组丢失后产生的错误，而没有考虑到m 1 帧之前的错误在m 1 帧的 积累。因此，c b e r c 适用于分组丢失率较低的情况。 3 2 3 基于错误跟踪的帧内刷新策略 错误跟踪是根据解码器的反馈信息分析传输错误在后续帧中扩散的技术【6 】。错误跟踪技术的 优点是可以描述错误扩散过程，估算出当前帧中各个宏块受到错误扩散的影响程度，然后选择产 生失真较为严重的宏块进行帧内刷新。 t2 2 5 2 6 2 7 2 9 3 09 89 9 垆氏 l - 22 52 62 72 82 93 09 89 9 搿搿： l 22 52 62 72 82 93 09 89 9 i 2 囫1 6 1 72 52 6 z 9 9 7 7 ( l 21 51 61 72 鱼 净 z 9 9 7 钒b z 9 9 l 2 1 51 6 1 7 翟 2 6 7 图3 - 3 错误跟踪技术 ( a ) 宏块级前向错误跟踪技术，( b ) 像素级后向错误跟踪技术 f i g 3 3e r r o rt r a c k i n gt e c h n i q u eb a s e do nf e e d b a c k ( a ) f o r e w o r de r r o rt r a c k i n go nm bl e v e l ， ( b ) b a c k w a r de r r o rt r a c k i n go np i x e ll e v e l 文献 7 】中提出了一种宏块级的前向错误跟踪算法，如图3 - 3 ( a ) 1 羽所示。用符号m b ( k , 刀) 表示 第n 帧图像中的第| 个宏块。假设m b ( 2 8 ，甩2 ) 出现了错误，根据运动矢量分布图，得知m b ( 2 7 ，加1 ) 、 m b ( 2 8 ，加1 ) 、m b ( 2 9 ，刀1 ) 都要参考宏块的m b ( 2 8 ，刀2 ) 的一部分，因此这三个宏块都会受到m b ( 2 8 ， 力2 ) 中错误扩散的影响。同理，第n 帧的2 6 3 0 号宏块也会进一步受到错误扩散的影响。帧内刷 新策略需要选择受错误扩散影响严重的宏块进行刷新，因此需要衡量这些宏块受到的错误扩散的 严重程度。文献【7 】提出了一种衡量错误扩散严重程度的快速算法。假设出错宏块中的错误是均匀 上海交通大学博士学位论文 分布的，第以1 中第肌个宏块的失真用s a d ( m ，刀1 ) 表示，s a d ( ) 表示经错误隐藏后的宏块和编码 器端重构宏块之间的像素值差的绝对值之和。由m b ( k , 刀) 的运动矢量可以确定该宏块和参考宏块