[發明專利]基于前向糾錯保護編碼的數據封裝方法和裝置

有效

• 申請號: 201210243507.0
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN103152126A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 朱海波;張冬;李厚強
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04N7/26
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及計算機應用技術領域，尤其涉及一種基于FEC（Forward?Error?Correction，前向糾錯保護）的數據封裝方法。

背景技術

近年來，隨著網絡接入技術的發展，基于網絡的視頻應用，如視頻點播、視頻會議、視頻監控等，正面臨著飛速的發展。在包交換網絡中，由于鏈路擁塞、信道錯誤等原因，數據包錯誤或丟失是不可避免的，因此基于包交換網絡的視頻傳輸面臨著很大的挑戰。

原始視頻數據包中包含了一些冗余信息，該冗余信息包括存在于幀內的空間冗余、存在于幀間的時間冗余以及由人眼視覺系統造成的視覺冗余。視頻編碼技術可以有效地去除視頻數據包中的冗余信息，進而壓縮原始視頻。壓縮后的視頻占用較小的存儲空間和傳輸帶寬，但是視頻編碼引入了數據間的相關性，使得部分視頻數據可能發生丟失或錯誤。

分片編碼是面向傳輸的視頻編碼的一個重要組成部分。定義一幀視頻中的一部分宏塊的集合為片，片的分割必須按照光柵掃描順序進行，即在一幀中，同一片中宏塊必須依照從上到下、從左到右的順序且不可中斷。對視頻序列的一幀進行編碼時，可以按照一定的標準將視頻幀中的宏塊劃分到不同的片中。同一幀的各個片在編碼時互相之間不進行參考。視頻碼流傳輸時，如果由于信道錯誤等原因造成一幀中的部分片數據丟失，則該幀中的其它片的解碼不受影響。因此，分片編碼可以有效的提高碼流的抗丟失性能。

分片編碼時，可以采用固定宏塊或者固定比特的方法。采用固定宏塊的方法時，單個片中包含固定數目的宏塊數目，但是編碼后的長度不固定；采用固定比特的方法時，單個片中包含小于固定長度的比特數，但是片中包含的宏塊數目不固定。

編碼端使用分片編碼時，若定義該幀內的所有片大小均小于網絡最大傳輸單元且每一個片的編碼數據均被封裝在獨立的應用層數據包中，則在其中部分片對應的應用層數據包錯誤或丟失的情況下，其它正確接收的片編碼數據仍然可以被正確使用，從而提高解碼端視頻質量。

在傳統的基于包交換的網絡中，數據包丟失是不可避免的問題。FEC（Forward?Error?Correction，前向糾錯保護）是一種有效的對抗數據包丟失的信道編碼，其具有無需儲存、無需反饋的特點，在單向信道或時延要求較高的應用場景下具有良好的性能。

FEC的主要思想是利用糾錯編碼，對待保護數據進行運算生成額外的校驗數據，同時將生成的校驗數據與原始視頻數據一起進行傳輸。在接收端，若原始視頻數據中的部分內容丟失，則可依據采用的編碼技術，在一定范圍內恢復丟失或錯誤的數據。對于應用層前向糾錯編碼方法，校驗數據通過跨數據包對原始數據進行運算生成。數據包丟失位置可以通過判斷頭標等方法確定，即可以確定丟失符號的位置。對原始數據進行前向糾錯保護的時候，如果對數據中的不同部分采用強度不同的前向糾錯編碼，則稱之為UEP（Unequal?Error?Protection，不等差錯保護）。

一個普遍使用的前向糾錯編碼是RS碼。假定待保護數據采用RS(n，k，t)編碼，其中，k表示原始數據符號數目，t為生成的校驗數據符號數目，n為總的符號數目且n=k+t。在符號丟失位置已知的情況下，添加的校驗數據最多可以恢復t個符號。

產生的前向糾錯編碼數據需要和原始數據一起被封裝在應用層數據包中才能通過應用層協議，如實時傳輸協議RTP，進行傳輸。定義待保護的數據為NAL（Network?Abstraction?Layer，網絡抽象層）數據包，封裝后的數據為應用層數據包。當視頻編碼采用分片編碼時，不同片編碼后的各個NAL包數據相互獨立且長度無法完全一致，對待保護數據進行FEC編碼時，編碼順序和兩種數據的封裝順序會影響FEC的保護能力以及封裝后碼流的特性。

現有技術中的一種基于FEC的數據封裝方法為：順序編碼封裝方法，即FEC編碼順序與最終的數據封裝順序一致。該方法的主要處理過程如下：對待保護數據進行長度規整。可以采用的方法有：1、對待保護數據進行補齊，即對較短的數據包以空白數據填充，使各個數據包長度一致，如圖1所示；2、對待保護數據進行剪切，即將較長的數據包中的部分數據剪切到較短的數據包中，使得各個數據包長度一致，如圖2所示，斜線區域為待保護數據，網格線區域為生成的FEC校驗數據，豎線區域是為了進行長度規整而添加的空白數據，空白區域為進行長度規整而移除的數據，橫線區域為進行長度歸整移入的數據。