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小议3D 视频编码传输技术_电子信息工程毕业论文

发布时间:2014-10-22 来源:人大经济论坛
1 引言 随着网络技术和视频编解码技术的进步,视频和多媒体业务得到了广泛的应用。对这类业务人们不只追求画面的高清晰度,业务的实时性,更提出了在二维平面的显示设备上满足现实感、临场感、立体感的要求。这种现实感和立体感正是3D 视频技术需要解决的问题。 3D 立体感是人眼视觉的重要功能之一,人双眼的平均瞳距约为65 mm,当两眼从稍微不同的两个角度去观察客观三维世界的景物时,与观察者不同距离的景物由于光学投影的原因会在左、右两眼视网膜上形成不同的位置的像。这种两眼视网膜上位置差就称为双眼视差,它反映了客观景物的深度。人眼的深度感即立体感就是因为有了这个视差,再经大脑加工而形成的。现有的3D 视频技术正是基于上述原理,通过技术手段还原人们对客观景物的深度感知从而达到3D 立体的效果。 3D 视频技术诞生以来便备受关注,然而由于3D 视频占用大量带宽并且观看时容易疲劳等原因,3D 视频技术一直没有在市场上引发大规模商用,仅仅定位于所谓的利基市场,应用在专业领域(科学模拟、医疗)和娱乐领域(立体电影、3D 游戏)。近年来由于大量科研力量的投入,技术上的进步拓展了3D 视频技术的应用,市场上已经出现了3DTV,FVV(freeview TV),3D 会议系统等较为成熟的产品。这些进步使得更为多样化的3D 视频系统和业务应用进入市场成为可能。 不同的 3D 视频系统有着不同的3D 视频表现格式,无论哪种表现格式都带来了大量的数据需要进行存储,传输和保护。大量的数据对视频获取、编码、传输、到3D 视频显示的各个处理环节都提出了技术挑战。虽然当前网络技术已经有了很大进步,但是带宽仍然是很稀缺的资源,尤其在无线传输环境中无线终端的功率有限,高效的数据压缩非常必要。实现高效的数据压缩后的比特流会对信道传输条件十分敏感。因此,考虑到3D 视频系统有效性和可靠性,如何实现对数据的高效压缩编码,如何保证数据的可靠传输是我们需要重点关注的问题。本文将结合研究热点对当前的3D 视频编码和传输技术做个概括性的介绍和比较,文章最后会对未来3D 视频技术的发展做个展望。 2 3D 视频编码技术 2.1 传统立体视频编码 传统立体视频编码是目前所知最简单的3D 视频表示方法。这种编码系统通过模拟人双眼的功能获取视频的立体效果。首先将两部摄像机摆放到稍有差异的位置进行拍摄,两部摄像机获取的视频信息经过正交化,色彩纠正等处理步骤后,视频信号直接由3D 视频系统播放。播放之前不需要在视频信号中添加视频场景的几何信息,各个摄像机的视频信号可以独立进行编解码。 编码过程使用时序预测和视频序列间预测可以大大提高编码效率, MPEG-2 在10 多年前就对这种方法给出了相应标准,在最新的编码标准H.264/AVC 中也给出了类似建议。 这种时序预测和视频序列间预测相结合的方式已经成了目前立体视频编码的基本原则。 传统立体视频的编码对由两幅图像组成组成,由于观看同一景物时视角稍有差异,两幅图像有很大的相关性,因而非常适合压缩编码。也就是说,可以把图像I1 独立编码,另一幅图像P1 通过已编码的I1 进行预测,这种思想和时序预测编码非常相似。 由于左右两个视频序列3D 场景和相机参数(焦距)的一致性,对视频编码对的两个图像(如I1,P1)的编码,可以采用同一视频序列中两个连续图像预测和编码的方法。相应的,两个图像(I1,P1)的差异可以当作是由于拍摄物移位而产生的,因此图像的运动估计和运动补偿可以采用差值预测和差值补偿的方法。 理想情况下,I1,P1 的差异仅仅是由视角不同引起的,实际应用中我们发现一些细节也会带来两者的差异。比如,出现在I1 的内容可能没有在另一幅图像P1 中出现,这种情况出现在I1,P1 之间的概率会大于出现在I1 和B1 之间的概率。两个摄像机光照条件不同,拍摄物不同角度的反光也能造成图像差异。这些都是传统立体视频编码需要关注和解决的问题。 实践表明,两种预测方法相结合的编码方式并没有带来编码效率的显著提高,这主要因为,两个在时间上连续的两个图像比空间上相邻的两个图像有更大的相关性,因此引入视频序列间的预测并不能进一步大幅度提高编码效率。目前传统立体视频编码优化朝着多个方向发展,
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