[發明專利]一種基于像素行重排的圖像和視頻抗誤碼方法

無效

• 申請號: 200710168411.1
• 申請日: 2007-11-22
• 公開（公告）號: CN101267555A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 徐正全;李茂全
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責任公司
• 代理人: 潘杰

技術領域

本發明屬于視頻和圖像信號的處理和傳輸領域。具體的說是一種基于像素行重排的圖像和視頻抗誤碼方法。

背景技術

隨著視頻編碼技術、網絡技術和存儲技術的迅速發展，基于視頻和圖像壓縮編碼的傳輸和存儲系統都得到了越來越廣泛的應用，例如視頻會議、視頻監控、DVD視盤系統和數字相冊等。然而任何通信網絡和存儲媒體都不能保證數據完全可靠。而常用的各種視頻壓縮編碼方法基本上都采用了傳統的基于時間預測的混合視頻編碼方法，雖然獲得了很高的壓縮率，但是對誤碼也格外地敏感。這就限制了視頻系統在一些高誤碼的信道和存儲媒體上的應用。同樣的情況也發生在圖像壓縮編碼應用中。因此，如何使視頻編碼算法具有良好的錯誤恢復能力，對其應用，特別是對目前受到廣泛關注的網絡視頻和無線視頻意義重大。

在現有視頻編碼中，由于時間預測的影響，如果某一幀視頻數據出現錯誤，不但這一幀的解碼圖像會出現錯誤，即使后續視頻幀數據均正確，也會導致其后若干幀的解碼圖象出現錯誤，直到下一個I幀(非預測幀)為止。因此，視頻信號解碼器中，為了得到更好的視覺表現，如果發現了誤碼，在下一個I幀之前，解碼器如果不凍結輸出畫面就只能盡可能的通過各種方法猜測丟失的部分圖像，這被稱為錯誤掩蓋。在具有反饋信道的視頻通信系統中，雖然可以由解碼器通知編碼器更新I幀或者類似的方法恢復圖像，但是由于網絡的往返延遲，在I幀到來之前，解碼器也只有凍結輸出畫面和通過錯誤掩蓋盡量恢復圖像兩個選擇。所以錯誤掩蓋方法的優劣對解碼器遭遇誤碼時的畫面質量至關重要。

對于視頻編碼，常見的錯誤掩蓋方法一般可以歸為兩類：1、時間預測法：一般用相鄰宏塊的運動矢量估計錯誤宏塊的運動矢量，再用運動矢量指定的參考塊直接替代誤碼塊；2、空間預測法：用相鄰宏塊的梯度信息和相鄰像素通過插值或者濾波的方法恢復丟失的宏塊。在實際應用中，這兩種方法在特定的條件下都能取得一定的效果。采用時間預測法，恢復質量取決于恢復的運動矢量的誤差和編碼殘差分量的大小，對于圖像運動不復雜，編碼殘差小的地方能取得較好的恢復效果。采用空間預測法，一般只能恢復圖像的低頻成份，表現為高頻成份的圖像細節難以恢復。對于圖像編碼，不存在時間預測，只能采用空間預測的方法，情況完全類似。

但是，無論是時間預測法，還是空間預測法，有一點是相同的，那就是均需要利用相鄰宏塊的數據進行錯誤掩蓋。如果相鄰宏塊的數據也是錯誤的，則錯誤掩蓋失敗。時間預測法和空間預測法都是以宏塊為基本單位的，時間預測法一般需要由相鄰宏塊的運動矢量估計丟失宏塊的運動矢量，空間預測法需要用相鄰像素恢復丟失宏塊。也就是說，現有的錯誤掩蓋技術一般要求錯誤的宏塊不能是連續的，而實際上圖像視頻數據往往表現為連續多個宏塊的突發錯誤，這嚴重影響了現有的時間預測法和空間預測法的錯誤掩蓋效果。

發明內容

本發明的目的在于提出一種簡單有效抗誤碼方法，對數據出現連續錯誤的圖像仍具有良好的錯誤掩蓋能力，處理簡單，易于用DSP或者硬件實現，不需要對現有編碼算法做任何修改，對圖像和視頻一樣適用的基于像素行重排的圖像和視頻抗誤碼方法，以克服現有錯誤掩蓋方法在圖像數據連續錯誤情況下效果退化的不足。

為了實現上述目的，本發明所采用的方法是：

在編碼器對一幀圖像編碼之前，執行以下步驟：

第一步驟、按照像素行對圖像進行1/N抽取，得到N個高度縮小為1/N的子圖像；

第二步驟、將這些子圖像在垂直方向拼接成一個和原始圖像等大小的新圖像，將該新圖像進行編碼，將該編碼后的新圖像經過傳輸信道或存儲媒體提供給解碼器，經過解碼器解碼得到一幀解碼圖像后，執行以下步驟：

第三步驟、從解碼圖像恢復N個子圖像；

第四步驟、將多個子圖像依次逐行交織在一起，恢復原始圖像；

第五步驟、如果有誤碼導致部分圖像無法解碼，則用相鄰子圖像做空間預測替換丟失的圖像；

第六步驟、對于視頻解碼，如果發生了誤碼，還要把第五步驟得到的圖像重新按照第一和第二步驟進行抽取和拼接后取代解碼圖像保存為解碼器的參考幀。

上述第一步驟的抽取方法是將像素行的行號對N取模，模相同的行按原順序抽取到一起，構成一個子圖像，共得到N個子圖像，模值即子圖像的序號。

上述第二步驟的拼接方法是將N個子圖像按照序號遞增順序從上向下連續存放在一起。

上述第三步驟的恢復子圖像的方法是第二步驟的逆過程。

上述第四步驟的恢復原始圖像的方法是第一步驟的逆過程。