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视频通信是多媒体通信的重要应用之一,无论在IP网络还是在无线移动网络信道中,误码的产生、数据的丢失总是难以避免,而高压缩后的视频数据对误码非常敏感,因此如何进行错误控制以保证必要的视觉效果成为研究的重点。错误隐藏作为一种错误控制后处理手段,对保证视频传输的质量有着十分重要的意义。
本文首先分析H.264标准及其参考软件JM86的编解码框架,尤其是需要改进的错误隐藏模块,并对常规错误隐藏算法做细致分析。针对现有空域错误隐藏算法采用边缘方向检测所带来的高算法复杂度和有限的边缘恢复能力等问题,以及常规时域错误隐藏在异向运动边界处隐藏效果较差等不足,通过对运动图像的边缘特性和异向运动边界特性的深入研究,在技术方面完成以下创新:
1.针对包含边缘信息的宏块丢失带来的错误,提出了基于边缘模型的双队列插值空域错误隐藏算法。该算法根据周围已经接收到的宏块特征,结合分区的思想,采用边缘像素队列匹配获取最佳插值方向,避免了常规算法中的边缘方向检测的高复杂度,通过使用周围临近像素值进行插值,恢复出包含边缘的宏块;在插值过程中提出了一种快捷的队列方向插值法。实验结果表明,该算法在丢失宏块包含双边缘情况下比基于边缘方向检测插值法高出2.1dB。在单边缘情况下比线性插值法高出4.5-5dB,比预设方向法高出1.1dB,与边缘方向检测插值法相当。在低复杂度的前提下,能更好的恢复出丢失图像宏块中包含的边缘信息。
2.为缓解常规时域隐藏算法中因较大分块特性引起的在异向运动边界处误差较大的问题,提出了结合亮度特征细致分块的时域错误隐藏算法。该算法首先利用丢失数据周围亮度信息,使用有理函数对周围稀疏运动矢量进行插值,获得更加精确的稠密运动矢量,然后检测周围边框中矢量突变点组合作为运动边界,最终通过边界匹配算法筛选获得丢失块沿运动边界方向的最优矢量插值结果。该算法缓解了分块编解码技术在错误隐藏过程中的不足。实验结果表明,特别是在包含异向运动边界较多的帧,或者在帧内大量宏块丢失的情况下,本文算法有较为明显的效果改善,22%丢包率下其PSNR比ZMV结果高出5.9dB,比BMA结果高出3.6dB,比FPBMA结果高出1.6dB,具有更好的错误隐藏效果。