● 摘要
当前基于DCT的预测编码和基于VLC的熵编码极大地提高了信源编码效率，但同时也使得视频流对于传输错误十分敏感。在无线网络和互联网等环境下，可能出现随机噪声和突发噪声，导致视频传输中产生误码或数据包丢失。如果不加控制措施，则会引起错误扩散，从而导致恢复视频质量的严重下降。因此，研究视频容错处理和传输技术，对于解决由于传输问题引起接收端恢复视频质量下降等问题具有十分重要的意义。在此背景下，本文在容错编码、传输控制及解码容错三方面开展了研究，研究成果包括：（1）提出了一种基于ZIG-ZAG交织的视频容错编码方案Z-FMO针对网络拥塞造成的数据包丢失问题，提出了一种基于ZIG-ZAG交织的灵活宏块排列算法Z-FMO，按次对角线方向上的ZIG-ZAG扫描方式对宏块进行交织排列，从而在低丢包率的网络环境下以较小的冗余提高了编码器的容错性能。实验结果表明，Z-FMO在低丢包率网络环境下的容错性能优于H.264/AVC标准的推荐算法。针对Z-FMO进行率失真优化，综合考虑不同编码模式的选择对于编码效率及容错性能的影响，取得了更优的效果，进一步提高了算法性能。（2）提出了一种基于RTP/RTCP协议的实时视频流传输与控制算法针对网络可能存在的拥塞和带宽波动，提出了基于缓冲区和网络反馈信息联合控制的码率调整算法JCBAF。通过快速查找法进行网络初始带宽评估，利用RTCP反馈报文实时监测网络带宽的动态变化，联合网络状态信息和发送缓冲区的充满度信息判定当前的网络状态。根据判定结果，JCBAF算法通过动态改变加法因子和乘法因子进行稳升快降的发送码率调整，实现了网络带宽自适应的码率调整。（3）提出了一种基于边界梯度的解码端容错算法信道误码造成的码流错误会给解码器的正常解码带来严重影响，为提高恢复图像的主客观质量，提出了一种基于边界梯度的错误隐藏算法。将视频流分为序列、帧、宏块三个级别，根据各级别语法元素的不同特点，采取了有针对性的容错措施。对序列级和帧级进行错误限制；对于宏块级错误，利用视频具有较强的时域和空域相关性的特点，综合利用码流语义及宏块边界梯度进行错误检测。根据检测结果对出错宏块自适应地确定采用基于时域相关性或空域相关性的错误隐藏方法。（4）研究了视频容错与传输在监控系统中的应用根据边海防的实际需求，将上述研究成果应用于边海防哨所远程视频监视传输系统。通过在编码器添加错误限制措施、在解码器进行基于边界梯度的错误隐藏，为本系统设计了具有容错性能的编解码器；设计了适合本系统的基于RTP/RTCP协议的应用层传输以及控制协议；针对网络中存在NAT及防火墙的问题，研究了用户认证/权限管理和穿透NAT/防火墙的传输技术。