基于H.264編解碼的無(wú)線視頻可靠傳輸.pdf

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1、第46卷第1期復(fù)旦學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）Vol.46No.12007年2月JournalofFudanUniversity（Naturalscience）Feb.2007文章編號(hào)：0427-7104（2007）01-0106-05基于H.264編解碼的無(wú)線視頻可靠傳輸余藜藜，邵晟，朱謙，邵謙明（復(fù)旦大學(xué)通信科學(xué)與工程系，上海200433）摘要：針對(duì)視頻在網(wǎng)絡(luò)中傳輸提出了兩種改進(jìn)方法：第一種采用卷積和包交織編碼，將網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的突發(fā)差錯(cuò)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)計(jì)獨(dú)立的差錯(cuò)；第二種針對(duì)無(wú)線傳輸系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)分類為重要數(shù)據(jù)與非重要數(shù)據(jù)，在接收端檢測(cè)重要數(shù)據(jù)信息的差錯(cuò)，并據(jù)此來(lái)控

2、制發(fā)送端的重發(fā)機(jī)制，僅當(dāng)重要數(shù)據(jù)的丟包數(shù)超過(guò)一定閾值才要求發(fā)送端重發(fā).在保證了傳輸圖像的差錯(cuò)小于一個(gè)預(yù)定值情況下，使圖像傳輸?shù)闹貍鲾?shù)據(jù)較少，同時(shí)也減小了由于數(shù)據(jù)重傳引起的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延.利用VCEG提供的3GPP2網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)建立了H.264視頻傳輸系統(tǒng)，并在該仿真平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，取得了滿意的結(jié)果.關(guān)鍵詞：3GPP2；H.264；卷積和包交織編碼；有選擇重傳中圖分類號(hào)：TN911.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A視頻的實(shí)時(shí)傳送是現(xiàn)代通信技術(shù)中重要的部分，視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸（包括無(wú)線、有線）已成為最主要的傳輸方式.視頻傳輸具有數(shù)據(jù)量大、時(shí)延敏感性強(qiáng)及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)差錯(cuò)對(duì)重現(xiàn)圖

3、像的質(zhì)量影響大等特點(diǎn).這要求傳輸網(wǎng)絡(luò)具有高傳輸帶寬、高可靠性和小的傳輸時(shí)延等，實(shí)際上由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制和無(wú)線傳輸時(shí)較差的信道質(zhì)量都將引起傳輸數(shù)據(jù)的誤碼和丟包，從而影響重建圖像質(zhì)量.為減少視頻在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧髁?，常采用MPEG-x和H.26x視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)視頻信號(hào)壓縮處理.由于壓縮編碼后的視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等原因，重建圖像的質(zhì)量對(duì)傳輸差錯(cuò)非常敏感，由此對(duì)圖像編碼提出了抗差錯(cuò)的要求.通常圖像編碼采用了多種抗差錯(cuò)技術(shù)，如用前向糾錯(cuò)（forwarderrorcorrection，F(xiàn)EC），不等誤差保護(hù)（uneCualerrorprotection，UEP），差

4、錯(cuò)隱藏等抗差錯(cuò)技術(shù)，但它們的抗差錯(cuò)效果有限，而且對(duì)于網(wǎng)絡(luò)擁塞引起的傳輸數(shù)據(jù)丟包造成的重建圖像質(zhì)量下降無(wú)明顯的改善.在無(wú)線傳輸時(shí)，常采用卷積編碼和交織技術(shù)，它降低了傳輸?shù)谋忍夭铄e(cuò)，但對(duì)傳輸數(shù)據(jù)丟包造成的差錯(cuò)沒(méi)有改善.重傳技術(shù)是一個(gè)提高傳輸可靠性的有效措施.根據(jù)TCP／IP協(xié)議，傳輸中發(fā)生差錯(cuò)或丟包時(shí)就重傳，它造成了傳輸時(shí)延加大和網(wǎng)絡(luò)傳輸效率降低，特別在進(jìn)行無(wú)線傳輸時(shí)較差的信道質(zhì)量將導(dǎo)致反復(fù)重傳，以至于造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓，因此在視頻實(shí)時(shí)傳輸時(shí)不常采用此方法.為提高視頻傳輸可靠性，有必要將視頻的信源和傳輸信道綜合在一起研究，制定可靠的傳輸方案.針對(duì)視頻在無(wú)線網(wǎng)

5、絡(luò)中傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，本文提出在圖像編碼的網(wǎng)絡(luò)適配層采用卷積、包交織編碼和有選擇重傳機(jī)制二種技術(shù).卷積、包交織編碼可將網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的突發(fā)差錯(cuò)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)計(jì)獨(dú)立的差錯(cuò)，以便于在接收端進(jìn)行糾錯(cuò).有選擇重傳機(jī)制，將圖像數(shù)據(jù)分類為重要數(shù)據(jù)與非重要數(shù)據(jù)，在接收端檢測(cè)重要數(shù)據(jù)信息的差錯(cuò)程度，僅當(dāng)重要數(shù)據(jù)的丟包數(shù)超過(guò)一定閾值才要求發(fā)送端重發(fā)，從而減少丟包或壞包要求重傳數(shù)量，改善因重傳造成的時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)流量的劇烈增加，而非重要數(shù)據(jù)的丟失對(duì)重建圖像的質(zhì)量影響較小，保證了較好的圖像傳輸質(zhì)量.為驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)適配層采用卷積、包交織編碼和有選擇重傳機(jī)制二種技術(shù)的視頻傳輸效果，本文構(gòu)建了［1-

6、2］視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，傳輸采用RTPVCEG的3GPP2網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸仿真測(cè)試平臺(tái)，圖像壓縮采用了H.264和TCP／IP二個(gè)協(xié)議.在該平臺(tái)上對(duì)視頻傳輸過(guò)程中的包丟失和比特差錯(cuò)對(duì)重建圖像質(zhì)量影響進(jìn)行了評(píng)估.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明采用卷積、包交織編碼和有選擇重傳機(jī)制二種技術(shù)的視頻傳輸具有良好的效果.收稿日期：2006-10-19作者簡(jiǎn)介：余藜藜（1982—），女，碩士研究生；通訊聯(lián)系人朱謙（1960—），男，講師.第1期余藜藜等：基于~.264編解碼的無(wú)線視頻可靠傳輸1071~.264的抗差錯(cuò)技術(shù)簡(jiǎn)介高效視頻壓縮編碼采用運(yùn)動(dòng)估計(jì)／運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償（MP／MC）技術(shù)消除視頻時(shí)

7、間冗余；采用圖像差值的離散余弦變換（DCT）消除空間冗余；采用量化系數(shù)的可變長(zhǎng)編碼（VLC）消除統(tǒng)計(jì)冗余，提高了編碼效率，但由此造成壓縮編碼后的碼流對(duì)信道差錯(cuò)非常敏感.當(dāng)視頻傳輸中出現(xiàn)了差錯(cuò)，特別是包含重要信息（如：I幀，運(yùn)動(dòng)矢量等）碼流的差錯(cuò)不僅影響該數(shù)據(jù)的恢復(fù)，還會(huì)影響與之相關(guān)的其他數(shù)據(jù)的恢復(fù)，造成“差錯(cuò)擴(kuò)散”.因此提高視頻編碼算法的抗差錯(cuò)能力是保證視頻傳輸魯棒性的一個(gè)重要手段.傳統(tǒng)的抗差錯(cuò)技術(shù)大致有：差錯(cuò)檢測(cè)［3-4］、差錯(cuò)隱藏算法［5］、信源與信道的抗差錯(cuò)算法［6］和編解碼器交互式算法［7］等，其目的在于減少由于傳輸差錯(cuò)而丟失的數(shù)據(jù)量，或者

8、降低差錯(cuò)造成傳輸圖像損害的視覺(jué)感受.~.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是基于塊的混合編碼，它的基本算法是通過(guò)幀間預(yù)測(cè)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償來(lái)消除時(shí)