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關(guān)于H.264視頻編碼傳輸的QoS特性分析
作者：
時(shí)間：2013-04-17
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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H.264標準繼承了以前視頻編碼標準中某些優(yōu)秀的錯誤恢復工具，同時(shí)也改進(jìn)和創(chuàng )新了多種錯誤恢復工具。這里主要介紹H.264的錯誤恢復工具，包括參數集、靈活的宏塊排序和冗余片RS等。
1. 參數集
參數集是H.264標準的一個(gè)新概念，是一種通過(guò)改進(jìn)視頻碼流結構增強錯誤恢復能力的方法。H.264的參數集又分為序列參數集和圖像參數集。其中，序列參數集包括一個(gè)圖像序列的所有信息，即兩個(gè)IDR圖像間的所有圖像信息。圖像參數集包括一個(gè)圖像的所有分片的所有相關(guān)信息，包括圖像類(lèi)型、序列號等，解碼時(shí)某些序列號的丟失可用來(lái)檢驗信息包的丟失與否。多個(gè)不同的序列和圖像參數集存儲在解碼器中，編碼器依據每個(gè)編碼分片的頭部的存儲位置來(lái)選擇適當的參數集，圖像參數集本身也包括使用的序列參數集參考信息。
眾所周知，一些關(guān)鍵信息比特的丟失（如序列和圖像的頭信息）會(huì )造成解碼的嚴重負面效應，而H.264把這些關(guān)鍵信息分離出來(lái)，憑借參數集的設計，確保在易出錯的環(huán)境中能正確地傳輸。這種碼流結構的設計無(wú)疑增強了碼流傳輸的錯誤恢復能力。
參數集具體實(shí)現的方法也是多樣化的：（1）通過(guò)帶外傳輸，這種方式要求參數集通過(guò)可靠的協(xié)議，在首個(gè)片編碼到達之前傳輸到解碼器；（2）通過(guò)帶內傳輸，這需要為參數集提供更高級別的保護，例如發(fā)送復制包來(lái)保證至少有一個(gè)到達目標；（3）在編碼器和解碼器采用硬件處理參數集。
2. 片、片組和FMO
一幅圖像由若干片組成，每片包含一系列的宏塊（MB）。MB的排列可按光柵掃描順序，也可不按掃描順序。每個(gè)片獨立解碼，不同片的宏塊不能用于自身片中作預測參考。因此，片的設置不會(huì )造成誤碼擴散。
靈活的宏塊排序FMO是H.264的一大特色，適用于H.264的基本檔次和擴展檔次的應用。
圖像內部預測機制，例如幀內預測或運動(dòng)矢量預測，僅允許用同一片組里的空間相鄰的宏塊。FMO通過(guò)宏塊分配映射技術(shù)，把每個(gè)宏塊分配到不按掃描順序的片中。FMO模式劃分圖像的模式各種各樣，重要的有棋盤(pán)模式、矩形模式等。當然FMO模式也可以使一幀中的宏塊順序分割，使得分割后的片的大小小于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的MTU尺寸，經(jīng)過(guò)FMO模式分割后的圖像數據分開(kāi)進(jìn)行傳輸。
所有的MB被分成了片組0和片組1，相應地分別采用黃色和白色表示。當白片丟失時(shí)，因為其周?chē)暮陦K都屬于其他片的宏塊，利用鄰域相關(guān)性，黃片宏塊的某種加權可用來(lái)代替白片相應宏塊。這種錯誤隱藏機制可以明顯提高抗誤碼性能。實(shí)驗證明，在CIF圖像的視頻會(huì )議中，在丟包率達10%時(shí)，視頻失真低到需要訓練有素的眼睛才能識別。使用FMO的代價(jià)是稍微降低了編碼效率（因為它打破了原先非鄰居MB之間的預測），而且在高度優(yōu)化的環(huán)境中，有較高的時(shí)延。
3. 數據分割
通常情況下，一個(gè)宏塊的數據是存放在一起而組成片的，數據劃分使得一個(gè)片中的宏塊數據重新組合，把宏塊語(yǔ)義相關(guān)的數據組成一個(gè)劃分，由劃分來(lái)組裝片。H.264視頻編碼標準使用了三種不同類(lèi)型的數據分割。
?。?）A型分割
A型分割是頭信息劃分，包括宏塊類(lèi)型、量化參數和運動(dòng)矢量，這個(gè)信息是最重要的。
?。?）B型分割
B型分割是幀內信息劃分，包括幀內CBPs和幀內系數。幀內信息可以阻止錯誤的傳播，該型數據分割要求給定分片的A型分割有效，相對于幀間信息，幀內信息能更好地阻止漂移效應，因此它比幀間分割更為重要。
?。?）C型分割
C型分割是幀間信息劃分，包括幀間CBPs和幀間系數，一般情況下它是編碼分片的最大分區。幀間分割是最不重要的，它的使用要求A型分割有效。
當使用數據分割時(shí)，源編碼器把不同類(lèi)型的分割安排在3個(gè)不同的緩沖器中，同時(shí)分片的尺寸必須進(jìn)行調整以保證小于MTU長(cháng)度，因此是編碼器而不是NAL來(lái)實(shí)現數據分割。在解碼器上，所有分割用于信息重建。這樣，如果幀內或幀間信息丟失了，有效的幀頭信息仍然能用來(lái)提高錯誤隱藏效率，即有效的宏塊類(lèi)型和運動(dòng)矢量，保留了宏塊的基本特征，從而仍可獲得一個(gè)相當高的信息重構質(zhì)量，而僅僅丟失了細節信息。
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