视频编码中容错率失真优化技术研究(4)
1.2.1 系统传输层的差错控制
传输系统层的差错控制主要包括物理层、数据链路层和传输层，具体而言针对调制器、信道编码器、打包器/复用器以及传输协议级。传输系统层的差错控制机制最重要，保证基本的服务质量（QoS）水平。在无线通信中，传输功率控制是达到基本QoS 水平的一个有效手段。FEC 是数据通信中广泛使用的技术[5]。在视频通信系统中也可有效地检测和纠正错误[6][7]。发送端先将信息比特组合成块，然后加入冗余校验比特。使用FEC 技术可以恢复单个比特错误，但对于突发性差错需要采用交织技术或增加大量的校验比特，从而增加了带宽和延时。为提高效率，FEC 技术也可用于基于包交换的网络。通常FEC 跨越数据包使用，使得包丢失将只导致FEC 块中的一个字节丢失，但缺点是需要数据包尺寸相同，复杂度、带宽需求和延时都有所增加。已经提出的技术包括用于ATM 网络[8][9]和用于因特网[10] [11]。ARQ 已成功地用于非实时数据传输[12]，但由于会引入延迟，一般认为对实时视频应用是不能接受的。但是，如果适当控制重传，可以提高端到端的质量[13] [14]。尝试重传的次数可以由所期望的延迟而决定[15]。
在丢包环境中，合适地打包可以提高容错性能。可以将视频信号按不同重要程度分别进行打包，也可以将空域相邻的块信息交织打包，从而便于接收端的错误隐藏[16]。影响视频通信差错特性的另一个重要因素是视频和其它数据如何复用以及如何保护包头。H.223 是为电路交换网络的低比特率多媒体通信所开发的复用标准，提供一个分层的多级复用结构，允许在复用器本身的抗误码鲁棒性和复用所引入的开销之间进行可分级的折中[17]。在支持包尺寸可变的网络中还需要考虑数据载荷和包头/包处理开销的折中。对于低比特率的交互式应用系统，可接受的延迟会将最大包尺寸限制到一个较小的值，因此可以使用包头压缩来降低开销[18]。
1.2.2 视频容错编码技术
容错的视频编码通过在编码器引入一些冗余度以提高码流受损时的视频质量。现有的容错编码技术大致可分为三大类：即错误隔离技术，冗余编码和解码端错误隐藏驱动的技术。
错误隔离技术的目标是去除视频各段之间的空间和时间依赖性，把传输错误的影响隔离在有限区域内，从而有效地降低时空方向的错误积累。主要有两类错误隔离技术，即空间隔离和时间隔离。插入重同步标记是一种常用的限制空间错误积累的方法。当发生错误时，错误位置前的重同步标记和重新建立同步的第一个同步标记之间的数据被丢弃。随后可以使用错误隐藏技术，利用周围正确解码的宏块来恢复丢失的图像。为提高重同步标记降低错误积累的有效性，需要将所有的预测限制在两个同步标记之间，也即禁止视频帧内片（slice）之间的数据依赖性。阻止时域误差积累的一种有效方法是周期性地插入帧内编码图像或宏块，另一种时间隔离技术的形式基于信道反馈信息。。基于反馈信道的容错编码方法主要包括：基于反馈信息的参考帧选择[33]、基于反馈信息的错误跟踪和无等待重传。
冗余编码是对视频信号各个分段或比特流的语法元素加入额外的冗余度或是通过改造视频编码器框架以便于进行鲁棒的解码。鲁棒的熵编码通过直接修改二进制编码码流，可以使产生的比特流对传输错误更具鲁棒性。联合信源-信道的解码（jointsource-channel decoding）通过在变长编码中加入一些人为的冗余度，以便于接收端增强检错和纠错性能。在算术编码器中引入概率为ε 的禁用符号μ，缩短编码序列对应的区间长度，虽然增加了人为的编码冗余度，但在接收端可采用基于最大后验译码准则的“软解码”技术提高纠错能力。