無線視頻通信的容錯技術淺析

引言：信息技術的快速發展，視頻通信的高可用性已經成為研究的一個重點。無線視頻通信作為一個新的通信技術，與傳統技術相比具有更明顯的特點，對容錯技術的應用帶來了新的挑戰。移動通信中大部分都是采取電波來完成視頻傳輸，但是傳輸環境相對惡劣，經常會造成無線傳播的耗損，為保證視頻傳播質量，需要對容錯技術的應用進行更全面的研究。本文對無線視頻通信的容錯技術進行了分析。

傳統的視頻編碼主要是圍繞著比特流的概念組織的，但是大部分用于傳輸數字視頻的網絡體系結構并不能完全滿足比特流傳輸的要求，對于很多很多網絡體系來說，比特流的傳輸一般都需要拆分為數據分組。只有在保證網絡體系與視頻編碼器存在良好接觸的基礎上，才能完成視頻的通信。而為了保證無線視頻通信，則需要加強對容錯技術的分析，降低傳輸過程中因為數據被損等情況造成的損耗，保證通信質量。

一、無線視頻通信技術概述

在無線視頻通信中，視頻編碼技術是關鍵技術之一，主要及時通過預測、變換以及統計編碼等來對視頻中存在的冗余信息進行消除，已達到降低傳輸信息中比特來表達原始視頻中包含視覺信息的目標。傳輸視頻中包含的冗余信息包括空間、時間以及統計冗余信息等幾個方面，受視頻接受者特點決定，還包括視覺冗余信息。面對存在的冗余信息，可以通過視頻編碼技術以預測編碼與變化編碼等來對存在的冗余信息進行消除，例如時間與空間冗余信息；通過熵編碼來對其中存在的統計冗余信息進行消除。而無線通信技術的傳播方式一般為多徑，而此種方式恰會造成接受信號幅度、到達時間以及相位等產生隨機變化，產生多徑衰落，觸發隨機比特錯誤與特發比特錯誤，對信號傳輸質量造成嚴重影響。為了保證無線視頻通信的信號傳輸質量，必須要針對問題出現的原因，采取相應的措施進行解決。一般情況下會采用各種抗誤碼技術，來降低比隨機比特錯誤與突發比特錯誤情況的發生。為了能夠有效解決視頻容錯傳輸，可以采取前向糾錯編碼以及支持差錯復原的視頻壓縮容錯傳輸來進行解決。

H.264編碼器在無線視頻信息傳輸中的應用，可以有效的改善易差錯信道的視頻容錯傳輸問題。在無線網傳輸環境下，主要是要保證網絡環境能夠與H.264編碼器具有良好的匹配度，達到無線移動信道視頻的容錯傳輸。

二、無線視頻通信中容錯技術應用分析

容錯即在受到某些因素影響下，而導致數據、信息、文件等出現損壞或者丟失的情況，系統能夠自動將被損壞或者丟失的文件與數據恢復到原有狀態，確保系統能夠正常運行。容錯技術即通過冗余硬件進行交叉檢測，隨著技術的快速發展在處理器速度不斷加快的背景下，容錯技術的應用逐漸轉向軟件中。

（一）錯誤隱藏技術

錯誤隱藏技術即通過對接收到的數據來完成對丟失數據的恢復，一般會選擇在解碼器端進行應用。基于無線網路特點，在此環境中誤碼率更高，很多RTR包在傳輸過程中會被路由器以及網關等丟棄，這樣解碼器就尤為重要，想要恢復丟失的數據，必須要通過解碼器根據空間與時間的相關性來完成。錯誤隱藏技術的使用方法眾多，例如在JVT參考然軟件中，以空間相關性的方式，利用丟失宏塊周圍4個宏塊來完成丟失數據的復原，與其他方式相比具有計算簡單的優點[1]。

（二）幀內編碼塊刷新

幀內編碼對時間上相鄰幀的數據依賴性比較小，因此通過幀內編碼塊可以有效解決由于包丟失或者是幀丟失而造成的錯誤傳播問題。在視頻通信中對話式視頻往往對實時性的要求比較高，并且1幀刷新的頻率比較低，針對此項特點，可以通過幀內編碼塊來部分代替1幀的作用。例如H.264/AVC提供了兩種幀內編碼快刷新模式，一種為隨機模式，即用戶可以實現對幀內編碼塊數目的選擇，并且通過編碼器以隨機的方式來確定宏塊實行幀內編碼的具體位置；而另一種為行刷新模式，即編碼器在圖像中依次選擇一行進行幀內編碼，受圖像分辨率影響，最終所需的幀內編碼塊數量并不完全相同[2]。

（三）宏塊排序

選擇FMO技術來完成無線視頻通信，主要是通過片組來完成，片組由一個或者是多個片組合而成，通常每個片中都會包括一系列的宏塊。選擇此種方式對無線視頻進行編碼，可以有效降低因信道傳輸而產生的錯誤的分散。在具體利用上主要是幀圖中宏塊可以組成一個或者幾個片組，并且每一個片組進行單獨傳輸，如果其中一個片組丟失，可以及時通過臨近的正常接收到的另一片組中的宏塊來完成錯誤的覆蓋。其中片組的組成方式并不是固定不變的，主要是根據實際情況來確定，主要包括矩形方式或者是有規則的分散方式，甚至也可以采取完全隨機的分散方式。FMO技術在無線視頻信息傳輸中的應用，可以有效提高碼流的容錯能力，但是同時也會在一定程度上降低編碼效率，并會加大編碼延遲時間。

（四）冗余片

選擇應用H.264編碼器除了可以對片內的宏塊進行一次編碼外，同時還能夠通過不同的編碼參數對同一個宏塊進行一次或者多次的編碼，生成冗余片，并且冗余片內所包含的信息，也將會被編碼到同一個視頻流中。在無線視頻通信過程中，如果主片能夠正常運行，則解碼器會丟棄冗余片，反之如果主片丟失，則可以通過冗余片來實現重構質量的目的。

（五）參數集

在H.264標準中，將序列層與圖像層取消了，并且將原本屬于序列與圖像頭部的大部分句法元素分離出來形成序列參數集SPS以及圖像參數集PPS。序列參數集包括了與一個圖像相關的所有信息，包括編碼所用檔次與級別，以及圖像大小等，主要應用于視頻序列[3]。其中圖像參數集包含了一個圖像所有片的信息，例如FOM、嫡編碼方法以及宏塊到片組的映射方式等。在解碼器對多個不同序列參數集與圖像參數集接受完全后，一般會將其儲存在已編碼的不同位置，而解碼器則依據每個已編碼片片頭的存儲位置來選擇最為合適的圖像參數集應用。

結束語

通信技術的快速發展，在無線移動環境下，更多的多媒體通信業務得到了進一步開發。受無線網絡運行特點影響，對視頻通信技術的實現提出了更大的挑戰，在信息傳輸過程中更容易受到干擾，造成傳輸的損耗。為了保證視頻信息的正常傳輸，則需要跟進一步的對容錯技術進行分析。

參考文獻

[1]馬彥卓.結合應用層抗誤碼工具的無線視頻傳輸技術研究[D].西安電子科技大學.2010（48）：59-60.

[2]崔玉斌.基于H.264/AVC的無線視頻通信系統關鍵技術研究[D].北京郵電大學.2014（26）：32-33.

[3]李榕.無線信道中的低碼率視頻編碼關鍵技術研究[D].華中科技大學.2010（12）：26-27.

（作者單位：廣州市公共安全研究所）

作者簡介

廖宇輝（1978-），男，廣東化州人，學歷：本科，研究方向：電子技術。