[發明專利]針對壓縮視頻的基于轉碼的魯棒性流媒體技術和系統

有效

• 申請號: 200910173445.9
• 申請日: 2009-09-16
• 公開（公告）號: CN101677405A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 區子廉;范曉鵬
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: H04N7/50
• 分類號: H04N7/50;H04N7/26
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳 源;張天舒

技術領域

本發明總的來說涉及視頻壓縮領域，特別是涉及基于轉碼的視 頻壓縮。

背景技術

視頻編碼包括表示模擬和數字視頻的視頻數據，用于存儲和/或 者傳輸。視頻編碼的目的在于緊湊地準確地表達視頻數據，提供視頻 導航的方式(即向前搜索，向后搜索，隨機訪問等)，并提供其他額 外的作者和內容的信息，如字幕。視頻編碼中最困難的任務之一是利 用視頻壓縮減小視頻數據的大小。視頻壓縮技術通常指減少表示數字 視頻數據的數據量。該技術是空間域圖像壓縮和時域運動補償的結 合。

從80年代初以來，尋找高效的視頻壓縮技術已成為視頻編碼領 域的主導活動。第一個重要的里程碑是H.261標準，從該標準中，JPEG 圖形專家組采用了使用離散余弦變換(DCT)的想法。從那時起，壓 縮技術取得了很多進步，如運動估計。特別是，國際電信聯盟(ITU) 已經發布了許多在編碼視頻方面標準，包括H.261，H.262和H.263。 國際標準化(ISO)和國際電工委員會(IEC)的國際組織聯合制定了 最新的視頻編碼標準，H.264/高級視頻編碼(AVC)，也稱為MPEG- 4第10部分。H.264標準是早期的標準如MPEG-2和MPEG-4的發展產 物。在此，標準協議H.261，H.262，H.263，H.264/AVC，MPEG-2， MPEG-4，AVS(包括AVS-M，AVS1.0，等)，以及H.264/SVC在 此以引用的方式并入。

由于互聯網的迅速發展和對視頻內容的需求不斷增加，通信網 絡的視頻流媒體服務已收到來自學術界和工業界的極大關注。在一個 典型的流媒體系統中，壓縮的視頻流從服務器傳輸到客戶端設備時進 行實時解碼和顯示。為了減少數據包傳輸過程中丟失或延誤，多種錯 誤恢復技術被提出。大多數以前的錯誤恢復技術著力于提高在線壓縮 過程中錯誤的魯棒性。但是，在視頻流系統中，如視頻點播系統，視 頻服務器依據離線壓縮視頻提供視頻服務。因此，人們渴望提高傳輸 之前壓縮過的視頻時的抗誤碼能力，從而提供高質量的視頻服務。

發明內容

在此描述了一項可以提供對離線壓縮視頻數據有錯誤恢復能力 的傳輸的發明的多個實施例。根據該項發明的多個實施例，無損幀間 轉碼(LIFT)技術把傳統的編碼視頻數據塊轉化成為一種被稱作轉碼 塊的新型塊，以實現類似幀內編碼I塊的抗誤碼能力。根據其中一個 實施例，在沒有傳輸錯誤時，轉碼塊可以無損的轉換回到精確的原始 編碼塊。根據其中另一個實例，當傳輸錯誤造成預測塊不可知時，轉 碼塊可以像內部編碼I塊那樣被魯棒性的解碼。

不同于傳統編碼數據塊，轉碼數據塊在編碼過程中，不僅包含 和視頻數據塊相關的編碼系數，而且還包含用來生成系數數據的預測 數據。根據該項發明的一個實施例，轉碼數據塊包含一個由與原始視 頻數據塊相關的系數塊和一個與原始視頻數據塊相關的預測塊構成 的線性組合。該系數塊和預測塊的線性組合優選地是經量化和變換的 系數塊，與經量化和變換的預測塊之和。

在解碼端，當從之前的編碼數據塊中可得到預測塊時，原始的 視頻數據可無損的從編碼的比特流和預測數據中恢復。當由于包丟 失，解碼器不能得到預測塊時，原始的視頻數據仍可魯棒性地從編碼 的比特流中重建。因為，經量化和變換的系數塊和經量化和變換的預 測塊的和是原始視頻數據的近似值，所以如此產生的數據重建是原始 視頻數據的無損估計。

根據一個可替換的實施例，轉碼數據塊可以直接從原始視頻數 據產生。此外，轉碼數據塊可轉換回可由傳統解碼器解碼的傳統編碼 數據塊。

此外，一種利用新型離線轉碼和在線合成技術的視頻服務器是 該發明的另一個實施例。根據這一實施例，視頻服務器以離線轉碼的 方式，把傳統的編碼視頻流數據塊轉化為其相應的轉碼數據塊。當采 用編碼數據塊提供視頻服務時，視頻服務器有選擇性地將視頻流中的 一個或多個傳統的編碼數據塊用其轉碼后的對應部分取代。由于轉碼 數據塊可以被魯棒性的解碼，即使當解碼器不能得到它們的預測塊 時，所以在時變信道下高丟包率的環境中，如無線信道、Wi-Fi/Wi-Max， 3G/3.5G/4G、藍牙、有線信道、互聯網、IP網絡等，原始視頻數據 仍可從編碼視頻流中恢復。對于一個時變信道，在服務器不能在線轉 碼時，這個技術能實現和在線轉碼時相同的自適應抗誤碼能力。這項 技術尤其適合不同的信道狀態下的多個客戶同時連接到服務器的視 頻流系統。