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研究生:朱建興
研究生(外文):Larry Zhu
論文名稱:運用H.264預測模式作畫面內的錯誤隱藏
論文名稱(外文):Intra Frame Error Concealment Using Prediction Modes of H.264
指導教授:繆紹綱繆紹綱引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:畫面內預測模式Canny邊緣偵測H.264視訊錯誤遮隱
外文關鍵詞:intra prediction mode.Canny edge detectionH.264 videoerror concealment
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在有限的網路頻寬與儲存空間下,為了應付龐大的視訊資料,H.264壓縮技術扮演非常重要的角色。有鑒於未來通訊朝無線化趨勢,如新一代的傳輸技術3.5G的行動電話和WiMax,使得H.264資料傳輸時發生錯誤或是遺失的問題越來越重要,其中錯誤隱藏是近年來頗受重視的解決之道。
本文提出了一個新的空間域錯誤隱藏法。此新方法運用Canny的邊緣偵測以及利用H.264的畫面內預測模式與邊緣的相關性作畫面內的錯誤隱藏,改善了當損壞的巨方塊有邊緣的資訊時,先前方法不能將它重建回來的缺失,亦可處理損壞的巨方塊內有一個以上邊緣的情況。實驗結果顯示,當巨方塊錯誤率在1%時,使用本論文提出的方法後,PSNR值可以高達53.77dB;在3%錯誤率發生時,在視覺或者是PSNR值上皆較H.264與其他人的方法為優;在20%錯誤率發生時,對於內容和緩變動的視訊能夠得到良好的錯誤隱藏的效果。
In the limited network bandwidth and storage space, H.264 compression technology plays a very important role in transmitting enormous video data. Wireless transmission technology of the next generation, such as 3.5 G mobile phone and WiMax, is the future trend of communications. Therefore, the problem of causing data in error or lost during the transmission of H.264 data is important. Using error concealment to solve this problem attracts much attention recently.
This thesis proposes a new spatial domain error concealment method. The new method uses Canny edge detection and exploits the relation between edges in a macroblock (MB) and the intra prediction modes of H.264 to do error concealment. Using the proposed method can improve the fidelity of edge recovery in a corrupted MB, which is difficult to achieve when previously proposed methods are used. It also can recover a corrupted MB with more than one edge. The experimental results show that when the block error rate (BER) is 1%, a peak signal to noise ratio (PSNR) as high as 53.77 dB is achieved; for 3% BER the proposed method outperforms H.264 and other methods both visually and in PSNR criterion; for 20% BER, good error concealment performance can be achieved for the video with modest varying contents.
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖索引 VI
表索引 VIII
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-1-1 資料保護概論 2
1-1-2 錯誤隱藏 2
1-2 研究動機與目的 3
1-3 研究方法與步驟 3
1-4 論文架構 4
第二章 視訊傳輸的錯誤控制 5
2-1 傳輸錯誤 5
2-2 錯誤更正方法 5
2-2-1 自動回覆請求(Automatic Repeat Request, ARQ) 5
2-2-2前向糾錯(Forward Error Correction, FEC) 5
2-2-3 錯誤隱藏 5
2-3 錯誤隱藏演算法 6
2-3-1時間域的錯誤隱藏(Temporal error concealment, TEC) 7
2-3-2 空間域的錯誤隱藏 7
第三章 新的空間域錯誤隱藏方法 13
3-1 畫面內預測編碼模式(intra-prediction mode) 13
3-1-1 16×16亮度預測模式[13](16×16 Luma Prediction Modes) 13
3-1-2 8×8 色度預測模式[13](8×8 chroma prediction mode) 14
3-1-3 4×4方塊內預測模式[13](4×4 intra-prediction mode) 15
3-2 邊緣偵測 18
3-2-1 Sobel邊緣偵測[14] 19
3-2-2 Canny 邊緣偵測[15][16] 21
3-3 邊緣強度(edge magnitude, EM)的計算方式[15] 23
3-4 所提方法的流程圖 23
第四章 實驗方法與實驗結果 28
4-1 編碼端的參數設定 29
4-2 實驗結果 30
4-2-1 1%的巨方塊錯誤率 30
4-2-2 3%的巨方塊錯誤率 32
4-2-3 20%的巨方塊錯誤率 35
4-2-4 連續方塊性的錯誤情況 43
4-3 1張I畫面與9張P畫面的PSNR曲線圖 45
4-4 不同的量化參數(Quantization parameter, QP)比較 50
4-5 複雜度計算 53
第五章 結論與未來展望 55
參考文獻 56

圖索引
圖1-1 視訊傳輸系統方塊圖 1
圖2-1畫面發生錯誤時所使用的錯誤隱藏流程圖 6
圖2-2 時間域的錯誤隱藏示意圖 7
圖2-3 四個邊角點像素示意圖 8
圖2-4單一區塊鄰近像素線性內插錯誤隱藏法 10
圖2-5鄰近像素內插示意圖 11
圖3-1 16×16畫面內預測模式 14
圖3-2 8×8色度預測模式 14
圖3-3 預測參考的像素點標示 15
圖3-4 4×4亮度預測模式 15
圖3-5針對Foreman視覺序列之第一張畫面的第31個16×16的巨方塊,利用不同的預測模式所得的編碼結果 17
圖3-6 16×16的損毀巨方塊與鄰近的4×4方塊,在4×4方塊中的數字表示在這方塊中的預測模式 19
圖3-7 Sobel處理順序圖 21
圖3-8 Canny邊緣偵測 22
圖3-9 在4×4的方塊預測模式下各個邊緣強度計算的示意圖 23
圖3-10 針對不同的畫面採用不同的錯誤隱藏技術 24
圖3-11 本論文所提錯誤隱藏法的流程圖 26
圖3-12 在損壞區域的鄰近邊緣方塊的預測模式 27
圖3-13邊緣重建 27
圖3-14 非邊緣平滑面的重建 27
圖4-1 YUV視訊檔案 28
圖4-2 Foreman之第一張畫面的第28塊巨方塊錯誤隱藏的結果 30
圖4-3 Foreman之第一張畫面的第31塊巨方塊錯誤隱藏的結果 32
圖4-4 連續邊緣巨方塊錯誤隱藏的結果 33
圖4-5 Foreman序列在發生3% 錯誤時的錯誤隱藏結果 34
圖4-6 Foreman 序列在發生5% 的錯誤率時的錯誤隱藏結果 36
圖4-7 Akiyo序列在發生5% 的錯誤率時的錯誤隱藏結果 38
圖4-8 Coastguard 序列在當發生5% 的錯誤率時的錯誤隱藏結果 39
圖4-9 Container 序列在發生5% 的錯誤率時的錯誤隱藏結果 41
圖4-10 Hall 序列在發生5% 的錯誤率時的錯誤隱藏結果 42
圖4-11 單一邊緣方向的連續方塊錯誤 44
圖4-12包含多種邊緣的錯誤情形 45
圖4-13 Foreman的PSNR-Frame變化曲線圖 46
圖4-14 Akiyo的PSNR-Frame變化曲線圖 47
圖4-15 Coastguard的PSNR-Frame變化曲線圖 48
圖4-16 Container的PSNR-Frame變化曲線圖 49
圖4-17 Hall的PSNR-Frame變化曲線圖 50

表索引
表3-1 16×16亮度預測模式 13
表4-1 H.264(JM環境)參考巨方塊規則 43
表4-2 H.264的錯誤隱藏在不同的QP與測試視訊下的PSNR 51
表4-3 SDI的錯誤隱藏在不同的QP與測試視訊下的PSNR 52
表4-4 本論文提出的錯誤隱藏法在不同的QP與測試視訊下的PSNR 53
表4-5在QP 為20的情形下計算I畫面所得到的複雜度(10-3sec/frame) 54
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[2]http://www.mpeg.org/, MPEG.ORG
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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