视频抗错技术研究

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.1引言近年以来，随着通信网络技术的发展，人们拥有了更多、更大容量的渠道来获取信息及服务。而伴随着这样的发展，多媒体服务由于其自身的娱乐性、实用性越来越受到大众的青睐，为了能够提供给人们更高质量地多媒体内容，多媒体相关的标准在最近的20年中也获得了长足的发展。其中以视频压缩标准为代表，十多年来经历了几代的迅速发展，使得视频数据存储所需要的空间越来越小，同时也促进了视频服务以不同的形式提供给世界各地的用户，包括IP网络、无线网络、有线电视、卫星等各种通信方式。通常而言，一个未经过压缩的视频原始数据所占的存储空间非常之大，以

2、现在比较流行的1080p格式的高清视频而言，其分辨率大小为1920x1080，那么其一帧原始图像的数据大小就达到了3M字节，这是一个什么概念呢，一般的视频1秒有25帧，那么一部90分钟的高清电影，它的原始数据大概有400G字节，相当于两个个人电脑的硬盘总容量，或者100张DVD的存储容量，可见其容量是非常惊人的。因此必须要有非常好的视频压缩方法对原始数据进行压缩，这样才可以方便视频的存储及视频内容在不同信道中的传输。通过一些标准制定组织的努力，视频压缩标准经过了几代发展后，达到了一个新的高度。作为最主要的两个视频标准化组织，ISO/IEC的MPEG（活动图

3、像专家组）及IUT-T的VCEG（视频编码专家组）推出的视频编码标准包括MPEG-1[1]，MPEG-2[2][3]，MPEG-4[4][5]，H.261[6]，H.262[2][3]，H.263[7]，H.263+[8][9]及H.264/AVC[10]，其中H.264/AVC作为最新的视频编码标准是由MPEG与VCEG的联合组织JVT共同推出的，引入了很多新的特性，大大提升了编码效率，已经在近期并在将来得到广泛应用。同时JVT组织也正在推动SVC[11]（可伸缩视频编码）的标准化工作，未来将会作为H.264/AVC的扩展部分被写入标准。随着视频压缩技术

4、的不断发展，使得压缩后的视频内容之间的冗余信息越来越少，数据间的相关性越来越高。然而在视频的传输过程中，由于一些网络拥塞、各种干扰及噪声等原因，视频数据会产生丢失或错误，在这种情况下，由与数据间的相关度非常高，1上海交通大学硕士学位论文使得错误会大规模的扩散，使得图像或者视频的解压缩遇到很大困难，视频与图像的最终质量会遭到很大的破坏。因此，在视频压缩技术不断发展的同时，针对视频传输的视频抗错技术的研究显得尤为重要，通过成熟而有效的视频抗错技术以降低视频数据出错的可能性，同时减小由于部分视频数据出错而造成的大规模错误扩散，并恢复出错数据。本章将会对视频压缩技

5、术及视频抗错技术作一个简单介绍及回顾，并在最后介绍本论文的研究方向、意义及创新。1.1视频压缩技术概述视频作为一个数据的集合，可以看作是一个信息的载体，其中存在着大量的信息冗余，因此可以通过一定的技术将这些冗余信息消除。视频压缩技术属于信源编码技术的一种，目的在于消除视频原始信号中存在的信息冗余，从而提高视频的压缩率，在降低数据量的同时，而保持信息量不变。同时，视频最后的受众是需要视频服务的人，不同的视频服务由于应用环境的不同，有不同的视频清晰度的需求，因此视频压缩通常允许一定的失真，最终通过解码得到不同质量的视频内容，这也使得视频压缩技术可以不断地提升压

6、缩效率。视频压缩分为无损压缩和有损压缩，前者只是通过编码去除原始视频数据的冗余信息，保持有效信息不变，而后者则是去除冗余信息的同时，对信息量进行一定的压缩，从而使得压缩率进一步地提高。在常用的、成熟的视频编码技术中，去除冗余信息主要靠两个步骤，1）预测编码及2）熵编码。首先预测编码是利用已编码信息对待编码信息进行预测，将待编码信息减去预测值后获得的残差再进一步地进行编码，由于信息间存在的相关性，一般而言，预测后所获得的残差能量远远小于原始的待编码信息，也就更有利于进一步地信息编码和压缩了。通常，预测编码分为空域预测编码和时域预测编码，空域预测编码利用待编码

7、信息在空间上的相邻信息对其进行预测，而时域预测编码则是利用待编码信息在时域上的相邻信息对其进行预测，就视频编码而言，时域预测所得的残差相对与空域预测所得的残差有更小的能量。下面就H.264/AVC标准中的空域和时域预测方法对这两种方法的应用和区别作一个简单的介绍。图1-1显示了H.264标准中如何利用帧内信息，预测一个4x4块的像素。左图中，a-p代表了一个4x4块的像素，而A-Q则是小块周边的像素，用来预测块内的像素，右图显示了可以用来预测的8个方向，通过选择一个最适合的方向对A-Q进行插值，就可以获得a-p的预测值，从而完成空域上的预测。2上海交通大学

8、硕士学位论文图1-1H.264/AVC4x4块帧内预测模式Fig1