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基于LDPC码不等错误保护的立体视频通信研究

郭锐  
【摘要】: 随着人们对数字视频的要求日益提高,传统的二维平面视频已无法满足人们对场景真实和自然再现的需求,能够提供深度信息、再现真实场景的立体视频成为当前的研究热点。基于立体视频通信技术的立体电视、视频会议、远程控制、远程医疗等具体应用受到了广泛关注。针对近年来立体视频采集和显示技术不断进步,立体视频压缩编码、传输技术成为制约立体视频通信发展关键因素的现状,本文对立体视频通信系统中若干关键技术进行了研究。 本文在信源处理方面,提出了基于加权联合帧间预测模式的立体视频编码方法;在信道编译码方面,构造了一种高性能低编码复杂度的非规则低密度奇偶校验(LDPC)码进行信道编码、提出了一种改进的BP译码算法;综合考虑了立体视频码流和非规则LDPC码的特点,将立体视频码流进行了分割,对分割后的码流采用了基于LDPC不等错误保护(UEP)策略的联合信源信道编码(JSCC)技术进行传输。 首先,对立体视频编码进行了研究。针对立体视频具有很强的空间和时间相关性、各通道之间具有交叉相关性的特点,提出了基于H.264的立体视频编码方案。利用H.264的帧内方向预测和帧间多模式预测解除立体视频的空间相关性、时间相关性和交叉相关性。在视差预测中采用可变块尺寸视差预测编码模式,并将其集成到H.264的多模式预测编码中,提高了压缩效率。为了进一步提高编码性能、减少预测误差,本文在基于H.264立体视频编码方案的基础上,提出了加权联合预测的帧间预测模式,通过在视差预测、运动预测之间合理的分配权重系数来优化预测效果。 其次,分析了各种信道纠错编码的优缺点,针对立体视频通信强纠错能力、大吞吐量的要求,采用了非规则LDPC码进行信道编码,并构造了一种高性能、低差错平底且具有线性编码复杂度的非规则LDPC码:设计了基于改进eIRA(IeIRA)形式的全局矩阵M,通过对M进行矩阵置换,并选择合适的循环系数生成LDPC码校验矩阵H。 然后,对LDPC码的译码算法进行了研究,针对BP译码算法在每次迭代过程中都要更新所有的节点,存在译码效率低下的问题,提出了改进的BP译码算法:采用每个比特节点的伪后验概率差S(l)和每个比特的非法校验数U(l)来表征节点的可靠度,在下次迭代中,只更新可靠度低的节点。 最后,提出了基于非规则LDPC码不等错误保护的立体视频通信策略,根据对重建视频图像的重要性不同,将立体视频码流进行分割,对不同重要级别的码流采用不同纠错能力的码字进行不等错误保护。根据非规则LDPC码高度数的比特节点比低度数比特节点具有更强纠错能力的特点,提出了采用同一个非规则LDPC码不同度数的比特节点和构造两种码率不同的非规则LDPC码两种不等错误保护实现形式。 实验结果和仿真数据证明:本文提出的基于H.264的加权联合帧间预测编码方法提高了立体视频的编码性能。本文构造的非规则LDPC码降低了差错平底、改善了误比特性能、提高了信道编码的纠错能力。本文改进的BP算法,在性能损失较少的情况下(误码率为10~(-4)时,信噪比损失约0.26dB),降低了运算量(在第10次迭代时,运算量降低约60%),提高了译码效率。当信源码率不变时,本文的UEP方案与EEP方案相比,降低了重要数据的误码率,提高了接收端重建图像的PSNR值,改善了主观视觉效果。


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