通信領域中的視頻差錯控制技術分析

呂寧　劉瑩

摘 要 文章就當前信息傳輸環境的客觀需求做出分析，并且針對視頻流媒體數據的傳輸工作特征，就當前在該領域中主要的到應用的三類視頻差錯控制技術做出了深入討論，對于深入認識視頻差錯控制相關領域的發展有著一定的積極意義。

【關鍵詞】視頻 傳輸 差錯控制

當前信息環境之下，以視頻作為最主要表現形式的流媒體已經成為信息傳輸工作中的重要環節。一方面當前時代之下，對于數據的實時性特征需求與日俱增，另一個方面流媒體視頻數據自身的特征，決定了其在傳輸過程中必須要求有相對較高的準確度，同時還需要兼顧實時性特征。這些需求特點，都推動著通信領域環境中視頻差錯控制技術的發展，并且成為該領域中的核心技術之一存在。

基于流媒體視頻數據自身的特征，其對應的通信系統也呈現出某些特征。一個相對典型的視頻通信系統由五個部分組成，即信源編碼、信道編碼、信道傳輸、信道解碼以及信源解碼，在這個過程中，存在有三類面向于視頻傳輸的差錯控制技術，即基于編碼器的差錯彈性技術、基于解碼器的零冗余差錯隱藏技術以及基于編/解碼的交互式差錯隱藏技術，三種控制技術作用的領域不同，從不同的側面確保整個視頻差錯控制能夠得以實現。

1 基于編碼器的差錯彈性技術淺析

對于基于編碼器的差錯彈性技術而言，其主要的工作任務在于在信源或信道編碼器碼中添加一定的冗余信息，從而實現視頻流對信道差錯的兼容水平。這種工作方式與傳統編碼器有著本質區別，傳統編碼方式主要通過最大可能剔除視頻數據中的冗余信息，從而來實現最大的壓縮比。此種工作方式在傳輸發生錯誤的情況下，無法有效展開恢復工作，而基于編碼器的差錯彈性技術則是針對此種狀況增加冗余從而實現改善。在這個技術體系中，分層編碼（LC，Layered Coding）、多描述編碼（MDC，Multiple Description Coding）和前向糾錯編碼（FEC，Forward Error Correction）是三種相對典型的編碼工作方式。其中LC是視頻信號分成一個基本層和多個增強層，其中基本層包含視頻信號的基本信息，用于恢復產生可以接受的低質量信號，而增強層則包含視頻信號的更多細節信息，用于實現視頻傳輸質量的提升。而MDC，則將同一個視頻信號編碼成多個相關且同等的描述，不同的描述在不同的信道之上展開傳輸，每一個獨立描述都需要提供一個基本級別的視頻質量，多個描述則能夠提供一個經過改善的視頻質量。此種工作方式不需要網絡提供過于可靠的信道，但是編碼效率相對較低。對于FEC而言，是當前相對較為常見的編碼方式，其工作方式主要由編碼端增加發送能糾正錯誤的編碼，這樣在信號送達之后，解碼段依據接收到的碼依據編碼規則，實現對于傳輸中的錯誤編碼實現更正和糾錯。此種工作方式無需專用反饋信道，并且效率也相對較高，實時性好，但是隨著糾錯能力的提升，編解碼設備會偏于復雜，從而限制其糾錯能力。在該領域中，常用的糾錯碼種類有很多，包括BCH碼、RS碼以及RCPC碼等都相對常見。

以上的三種編碼方式，其工作的主要特征是借助于改變編碼結構實現對于信道的適應能力，在實際工作中，還可以通過阻止差錯在時空間累積或者快速恢復同步兩種手段來實現差錯彈性技術。其中前者常見技術包括INTRA更新和獨立分段編碼為主，而后者則更多以熵編碼以及雙向解碼和可逆變長編碼的形式出現。

2 差錯隱藏技術分析

基于解碼器的零冗余差錯隱藏技術主要是利用人眼的差錯遮蔽特性以及視頻信號空間和時間方面的相關特征，從之前接收到的無錯視頻信息中獲取相關特征數據，來實現對于含錯視頻傳輸數據的近似恢復和糾錯，借以實現對于解碼后圖像質量的提升，最終使得能夠被人類視覺系統所接受。此種工作方式完全基于解碼器而展開工作，對于信道沒有過多要求，并且由于整個傳輸過程中并未引入冗余，因此也被稱作為零冗余技術，對于含錯視頻數據的修正完全依據既往數據的深入分析展開，因此對于解碼器的計算能力有著相對較高的要求。

對于這樣的一個工作過程而言，具體包括了差錯檢測和差錯隱藏兩個階段的工作。其中差錯檢測負責對于獲取到的視頻數據進行差錯查找，具體包括傳輸層差錯檢測以及解碼端差錯檢測兩中主要途徑。前者主要利用數據包的頭部信息展開工作，由于當前流媒體在傳輸的過程中會產生多個數據包，并且包頭標有連續編號，因此當序號不再連續的時候即可判斷有所丟失。后者則多采用同步碼的方式展開工作，常規的做法是在每個數據塊掃描行的尾部加入同步碼，并且參與對比從而判斷是否有錯誤產生。相對而言，傳輸層差錯檢測相對可靠，但是需要增加額外的比特開銷，因此在實際工作中兩種方法通常依據環境結合使用。

對于差錯隱藏工作而言，之前已經有所述及，基于解碼器的差錯隱藏技術，即以之前的無錯數據來實現對于含錯數據的修正，常見的技術包括編碼模式恢復、運動矢量MV恢復以及紋理信息恢復三種。而基于編/解碼的交互式差錯隱藏技術，常見的則包括有條件的自動請求重發（ARQ，Automatic Repeat reQuest）、基于反饋信息的參考幀選擇（RPS，Reference Picture Selection）以及五碼追蹤三種。不同的隱藏技術會呈現出不同的工作特征，因此在實際環境中需要依據具體情況加以選擇使用。

3 結論

在當前的視頻傳輸工作領域中，確保數據傳輸的準確率和效率是兩個需要兼顧的重要方面，唯有在實際工作中不斷深入探究相關差錯控制技術的運行機制以及相關特征，并且結合具體情況，來對不同技術進行選擇，才能獲取良好傳輸效果和效率。

參考文獻

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作者單位

中國人民解放軍92493部隊98分隊 遼寧省葫蘆島市 125000