本發(fā)明屬于通訊技術領域，尤其涉及多媒體數(shù)據(jù)傳輸過程中音視頻數(shù)據(jù)包編碼處理的方法。

背景技術：

隨著網(wǎng)絡技術日新月異的發(fā)展，流媒體技術成為當下最為熱門的互聯(lián)網(wǎng)技術之一，是保證我們可以快速高保真的分享圖像、音頻、視頻等多媒體文件的基礎。在流媒體技術中，視頻圖像由于數(shù)據(jù)量大以及網(wǎng)絡帶寬的限制，數(shù)據(jù)包丟失或出錯現(xiàn)象不可避免。如果視頻文件的丟包（本發(fā)明實例中對數(shù)據(jù)包出錯或丟失簡稱為“丟包現(xiàn)象”）達到一定程度，則嚴重影響接收端的視頻視覺效果，出現(xiàn)塊效應，視頻模糊，嚴重時甚至無法觀看。

為了保證發(fā)送視頻在接收端能夠正常播放，則需要對丟包進行恢復，這一般都是通過在傳輸?shù)囊曨l媒體包中增加冗余包來實現(xiàn)的。視頻糾錯編碼是一種能夠恢復一定數(shù)量范圍內(nèi)丟包的編碼方法。在糾錯編碼中，冗余包數(shù)量越多，則能夠恢復的丟失或出錯包數(shù)量越多。然而，冗余包的數(shù)量增多同樣會導致占用網(wǎng)絡帶寬過大。在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包總數(shù)量一定的情況下，用盡量少的冗余包來達到最大可能恢復發(fā)送視頻包，則糾錯編碼效率越高。fec編碼是目前較常采用的一種數(shù)據(jù)恢復編碼，其有較為高效的丟包恢復能力，fec又分為多種編碼實現(xiàn)方式，rs編碼是其中最為高效的一種編碼方式。然而，目前的fec編碼設計，存在對丟包恢復效果與編碼效率之間難以達到平衡的難題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方法、裝置及系統(tǒng)，可以根據(jù)預測的丟包率，計算信息包數(shù)量與冗余包數(shù)量的不同組合，即不同的rs編碼模式下的視頻完全恢復概率，并以此為依據(jù)來選擇最佳的rs編碼模式，從而找出最高效的fecrs編碼設計。

本發(fā)明的一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a方法，包括以下步驟：步驟a：設置預測丟包率的初始值及fec冗余度r；步驟b：對信道發(fā)送端的數(shù)據(jù)進行編碼得到若干信息包；步驟c：根據(jù)所述預測丟包率及fec冗余度計算丟包恢復概率，選擇最優(yōu)rs編碼模式rs；步驟d：根據(jù)最優(yōu)rs編碼模式rs進行糾錯編碼后，得到個冗余包；步驟e：將編碼完成的所述冗余包與信息包一起封裝后發(fā)送，接收端會根據(jù)接收到的信息包的丟包情況，對預測丟包率進行更新。

優(yōu)選的，上述步驟c中，具體包括：步驟c-1：把所述信息包劃分子信息組包再分別進行rs編碼，根據(jù)所述子信息包組中信息包的數(shù)量及冗余度r劃分出出種rs編碼模式，分別記為模式1：rs，模式2：rs，……，模式t：rs；步驟c-2：計算種rs編碼模式所對應的丟包完全恢復概率，分別記為，具體計算過程如下：

，，……，；

步驟c-3：根據(jù)步驟c-1中選擇出所有滿足條件的rs編碼模式，其中閾值為經(jīng)過測試得到的對接收端視頻播放質量不產(chǎn)生影響的所允許的最低丟包完全恢復概率；步驟c-4：從所述步驟c-3得到的所有rs編碼模式中，選擇其中子信息包數(shù)量最小的rs編碼模式為所述最優(yōu)rs編碼模式：rs，其中，為最小數(shù)量的子信息包。

優(yōu)選的，上述步驟e進一步包括以下步驟：步驟e-1：求出伽羅華域下的所有元素表，并對伽羅華域下的乘法運算建立乘法表；步驟e-2：由編碼模式rs確定rs編碼的本原多項式，并根據(jù)上述乘法表計算生成矩陣；步驟e-3：根據(jù)該生成矩陣構造校驗矩陣；e-4根據(jù)該校驗矩陣和個信息包求出個所述冗余包用于校驗。

優(yōu)選的，在上述步驟e中還包括：信道接收端對接收到的信息包構造伴隨矩陣，并計算校驗包進行丟包校驗，進一步判斷是否發(fā)生丟包現(xiàn)象。

優(yōu)選的，在所述步驟e中，如果發(fā)生丟包現(xiàn)象，則根據(jù)校驗包計算丟包發(fā)生位置，并對丟包恢復能力范圍內(nèi)的丟包進行丟包恢復，同時根據(jù)丟包情況對上述預測丟包率進行更新。

此外，本發(fā)明還公開了一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a發(fā)送裝置，該裝置主要包括：音視頻編碼器、計算單元、糾錯編碼單元、傳輸發(fā)送單元，其中，所述音視頻編碼器用于對信道當前發(fā)送音視頻信號進行編碼，生成若干信息包；上述計算單元用于根據(jù)預測丟包率計算丟包恢復概率，從而確定選擇最優(yōu)rs編碼模式rs；糾錯編碼單元用于根據(jù)最優(yōu)rs編碼模式rs進行rs糾錯編碼，得到個冗余包；傳輸發(fā)送單元用于將所述冗余包與所述信息包一起封裝后發(fā)送。

優(yōu)選的，計算單元確定最優(yōu)rs編碼模式rs是采用以下步驟實現(xiàn)：步驟（1）：把信息包劃分子信息組包再分別進行rs編碼，根據(jù)子信息包組信息包的數(shù)量劃分出出種rs編碼模式，分別記為模式1：rs，模式2：rs，……，模式t：rs；步驟（2）：計算種rs編碼模式所對應的丟包完全恢復概率，分別記為，具體計算過程如下：

，，……，；

步驟（3）：根據(jù)所述步驟（1）中選擇出所有滿足條件的rs編碼模式，其中閾值為經(jīng)過測試得到的對接收端視頻播放質量不產(chǎn)生影響的所允許的最低丟包完全恢復概率；步驟（4）：從所述步驟（3）中得到的所有rs編碼模式中，選擇其中子信息包數(shù)量最小的rs編碼模式為最優(yōu)rs編碼模式：rs，其中，為最小數(shù)量的子信息包。

優(yōu)選的，上述糾錯編碼單元通過以下操作得到個所述冗余包：求出伽羅華域下的所有元素表，并對該伽羅華域下的乘法運算建立乘法表；由最優(yōu)編碼模式rs確定rs編碼的本原多項式，并根據(jù)乘法表計算生成矩陣；根據(jù)生成矩陣構造校驗矩陣；最終根據(jù)校驗矩陣和個信息包求出個冗余包用于校驗。

此外，本發(fā)明還公開一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，主要包括編碼發(fā)送裝置和解碼接收裝置，所述編碼發(fā)送裝置包括：音視頻編碼器、計算單元、糾錯編碼單元、傳輸發(fā)送單元，其中，音視頻編碼器用于對信道當前發(fā)送音視頻信號進行編碼，生成若干信息包；計算單元用于根據(jù)預測丟包率計算丟包恢復概率，從而確定選擇最優(yōu)rs編碼模式rs；糾錯編碼單元用于根據(jù)所述最優(yōu)rs編碼模式rs進行rs糾錯編碼，得到個冗余包；傳輸發(fā)送單元用于將所述冗余包與所述信息包一起封裝后發(fā)送；解碼接收裝置包括：傳輸接收單元、丟包恢復單元、音視頻解碼器，傳輸接收單元用于接收冗余包和信息包數(shù)據(jù)；丟包恢復單元用于對信息包構造伴隨矩陣，并計算校驗包進行丟包檢驗、丟包恢復。

優(yōu)選的，丟包恢復單元的丟包恢復是指根據(jù)校驗包計算丟包發(fā)生位置，并對丟包恢復能力范圍內(nèi)的丟包進行丟包恢復。

優(yōu)選的，當發(fā)生丟包現(xiàn)象時，則根據(jù)校驗包計算丟包發(fā)生位置，對丟包恢復能力范圍內(nèi)的丟包進行丟包恢復，由音視頻解碼器用于對恢復后的信息包進行解碼，同時根據(jù)丟包情況對預測丟包率進行更新；當沒有發(fā)生丟包現(xiàn)象時，音視頻解碼器對接收到的信息包進行解碼。

優(yōu)選的，計算單元確定最優(yōu)rs編碼模式rs是采用以下步驟實現(xiàn)：步驟（1）：把所述信息包劃分子信息組包再分別進行rs編碼，根據(jù)所述子信息包組信息包的數(shù)量劃分出出種rs編碼模式，分別記為模式1：rs，模式2：rs，……，模式t：rs；步驟（2）：計算種rs編碼模式所對應的丟包完全恢復概率，分別記為，具體計算過程如下：

，，……，；

步驟（3）：根據(jù)所述步驟（1）中選擇出所有滿足條件的rs編碼模式，其中閾值為經(jīng)過測試得到的對接收端視頻播放質量不產(chǎn)生影響的所允許的最低丟包完全恢復概率；步驟（4）：從上述步驟（3）中得到的所有rs編碼模式中，選擇其中子信息包數(shù)量最小的rs編碼模式為最優(yōu)rs編碼模式：rs，其中，為最小數(shù)量的子信息包。

優(yōu)選的，糾錯編碼單元通過以下操作得到個所述冗余包：求出伽羅華域下的所有元素表，并對所述伽羅華域下的乘法運算建立乘法表；由最優(yōu)編碼模式rs確定rs編碼的本原多項式，并根據(jù)所述乘法表計算生成矩陣；根據(jù)該生成矩陣構造校驗矩陣；根據(jù)該校驗矩陣和個信息包求出個所述冗余包用于校驗。

采用本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸編碼方法，通過設計高效的視頻fec編碼算法，在fec冗余度確定時，根據(jù)統(tǒng)計預測的丟包率選擇發(fā)送包數(shù)量與冗余包數(shù)量的組合以實現(xiàn)最佳的丟包恢復效果。同時，對發(fā)送端視頻進行rs編碼時，在保證丟包恢復概率的前提下，選擇信息包數(shù)量最小的rs編碼模式，提高了編碼的實時性。

本發(fā)明提供的方案通過在信道發(fā)送端發(fā)送信息包的同時發(fā)送高效編碼的fec冗余包，保證了信道接收端能夠對視頻傳輸過程中的丟包進行恢復，從而保證了接收端的視頻質量。

此外，本發(fā)明實例fecrs編碼的計算過程中，對部分運算事先制作成為運算表，使得在編解碼的過程中部分運算轉換為查表的方式，提高了運算效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施例中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幗獯a方法流程圖；

圖2為本發(fā)明具體實施例中編碼發(fā)送裝置和解碼接收裝置的功能模塊圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供的方案在發(fā)送冗余包與信息包數(shù)量比例一定的情況下，根據(jù)統(tǒng)計的丟包率選擇最佳的rs編碼模式，即確定rs編碼最佳的信息包數(shù)量與冗余包數(shù)量，來進行fec編碼，能夠使丟包恢復率得到保證，從而保證信道接收端視頻有較好的質量。

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例的發(fā)明原理：依據(jù)在fec冗余度一定的情況下，丟包恢復率隨丟包率、發(fā)送包數(shù)量與冗余包數(shù)量組合變化的原理，以統(tǒng)計預測的丟包率作為發(fā)送包數(shù)量與冗余包數(shù)量組合調整的依據(jù)，從而實現(xiàn)對發(fā)送視頻數(shù)據(jù)包進行最大概率的恢復，提高了接收端視頻的質量。

圖1為本發(fā)明具體實施例中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幗獯a方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的主要流程步驟包括：

步驟110：設置預測丟包率初始值，fec冗余度。

步驟120：對信道發(fā)送端的視頻進行編碼得到信息包，，……，。

步驟130：根據(jù)預測丟包率計算丟包恢復概率，選擇最優(yōu)rs編碼模式。

步驟140：根據(jù)步驟120中的視頻信息包及步驟130中選擇的rs編碼模式進行rs糾錯編碼，得到冗余包。

其中，步驟110至步驟140為本發(fā)明的編碼部分，步驟160至步驟180為本發(fā)明的解碼部分，步驟110的初始化只需對開始的發(fā)送視頻組進行設置，步驟120至步驟130則是所有視頻編碼幀進行fec，rs編碼不可少的部分。

步驟150：將編碼完成的冗余包與信息包組合封裝，一起發(fā)送至信道。

步驟160：在信道接收端對接收到的信息包進行校驗，如果沒有發(fā)生丟包則轉至步驟180，否則轉至步驟170。

步驟170：根據(jù)冗余包對接收到的信息包進行rs丟包恢復。

步驟180：對校驗恢復后的視頻數(shù)據(jù)包進行解碼，對預測丟包率進行更新。

進一步的，在本發(fā)明具體實施例中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幗獯a方法具體操作如下所述：

步驟210：根據(jù)經(jīng)驗值對預測丟包率的初始值進行設置。對于第一個發(fā)送視頻組，其預測丟包率采用初始化的值，對后面的發(fā)送視頻組，預測丟包率會根據(jù)接收端的反饋進行更新，該步驟210只在初始化時執(zhí)行一次。

步驟220：對信道當前發(fā)送視頻組的視頻信號用主流視頻編碼器進行編碼，得到當前視頻組待發(fā)送的個信息包，分別記為。

本發(fā)明實例中，為了保證發(fā)送端視頻在接收端能夠抵抗信道中的丟包而正常播放，需要對其添加用于校驗的冗余包。記發(fā)送端第組的發(fā)送包為，其包含的包總數(shù)為，為信息包與冗余包的組合。信息包數(shù)量為，則冗余包的數(shù)量為。其中，冗余包是根據(jù)信息包通過糾錯編碼算法得到的，用于在接收端對接收的視頻數(shù)據(jù)包進行校驗正確性并糾錯恢復。

步驟230：根據(jù)預測丟包率計算不同rs編碼模式下的丟包完全恢復概率，從而選擇最優(yōu)的rs編碼模式。該步驟230又進一步包括了以下具體操作。

步驟230-a：在本發(fā)明具體實施例中，采用高效的rs糾錯編碼，對發(fā)送視頻組中的k個信息包添加n-k個冗余包。為了保證視頻編碼傳輸?shù)膶崟r性，在進行rs編碼時，需對信息包劃分為子信息包組再分別進行rs編碼，即選擇發(fā)送視頻組rs編碼模式。由于設定的fec冗余度為r，即子信息包組的信息包數(shù)量與冗余包數(shù)量比例k/n為r。根據(jù)子信息包組信息包的數(shù)量可劃分出種rs編碼模式，分別記為模式1：rs，模式2：rs，……，模式t：rs，其中，。

步驟230-b：根據(jù)預測丟包率以及概率分布公式分別計算3-a中發(fā)送包組種rs編碼模式所對應的丟包完全恢復概率，分別記為。具體計算過程如下：

，，……，。

步驟230-c：根據(jù)步驟230-b中計算的各rs編碼模式的丟包完全恢復概率，從步驟230-a中選擇出所有滿足條件：的rs編碼模式。其中閾值為經(jīng)過測試得到的對接收端視頻播放質量不產(chǎn)生影響的所允許的最低丟包完全恢復概率。

步驟230-d：根據(jù)上述步驟230-c得到的所有rs編碼模式中，選擇其中子信息包數(shù)量最小的rs編碼模式：rs，其中。

步驟240：根據(jù)步驟230選擇的最優(yōu)rs編碼模式rs，對步驟220中的個信息包分成組進行rs編碼。其中，，每rs編碼組含有個信息包，其經(jīng)過rs編碼后生成個fec冗余包，具體包括以下四個步驟。

步驟240-a：建立數(shù)據(jù)表。由于在本發(fā)明實例中，rs編碼的所有運算是在伽羅華域下進行的，所以先求出下的所有元素表，并對該域下的乘法運算建立乘法表，以節(jié)省rs編解碼過程中乘法運算的時間。

步驟240-b：由rs編碼模式rs確定rs編碼的本原多項式，并根據(jù)步驟240-a中的運算數(shù)據(jù)表計算生成矩陣。

步驟240-c：根據(jù)生成矩陣構造校驗矩陣。

步驟240-d：根據(jù)校驗矩陣和個信息包求出個用于校驗的冗余包。

步驟250：將信息包和經(jīng)過rs糾錯編碼得到的校驗冗余包添加相關信息，一起發(fā)送至傳輸信道。在傳輸過程中，某些發(fā)送包可能會發(fā)生丟失或出錯的情況。

步驟210至步驟240為本發(fā)明具體實施例的編碼部分，在信道的發(fā)送端執(zhí)行，用于對發(fā)送視頻組添加校驗冗余包，其中，步驟210的初始化只需對第1個發(fā)送視頻組執(zhí)行，步驟220至步驟230則是對所有發(fā)送視頻組都需要執(zhí)行的。

步驟260：在信道接收端對接收到的信息包構造伴隨矩陣，并計算校驗冗余包進行丟包校驗，如果所有用于校驗包均指示沒有發(fā)生丟包，則轉至步驟280，否則轉至步驟270。

步驟270：根據(jù)校驗包計算丟包發(fā)生位置，并對丟包恢復能力范圍內(nèi)丟失的包進行丟包恢復。

步驟280：對校驗恢復后的視頻信息包或者沒有發(fā)生丟包的信息包進行視頻解碼，并根據(jù)丟包的情況對預測丟包率進行更新。此處的預測丟包率是作為選擇rs編碼模式的一個參數(shù)，其會不斷被更新，更新的數(shù)據(jù)來自于接收端的反饋。

步驟260至步驟280為本發(fā)明實例的解碼部分，在信道的接收端執(zhí)行，用于對接收的視頻組進行校驗以及丟包恢復，再進行視頻解碼，得到播放視頻。其中步驟260至步驟270為rs解碼，其運算所用的數(shù)據(jù)表與步驟240-a中建立的運算數(shù)據(jù)表一致。

圖2所示為本發(fā)明具體實施例中編碼發(fā)送裝置和解碼接收裝置的功能模塊圖。由圖所示，本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要包括了編碼發(fā)送裝置和解碼接收裝置。

其中，所述編碼發(fā)送裝置包括：音視頻編碼器、計算單元、糾錯編碼單元、傳輸發(fā)送單元。

音視頻編碼器，用于對信道當前發(fā)送音視頻信號進行編碼，生成若干信息包。

計算單元，用于根據(jù)預測丟包率計算丟包恢復概率，從而確定選擇最優(yōu)rs編碼模式rs。

糾錯編碼單元，用于根據(jù)所述最優(yōu)rs編碼模式rs進行rs糾錯編碼，得到個冗余包，具體實現(xiàn)是：求出伽羅華域下的所有元素表，并對伽羅華域下的乘法運算建立乘法表；由最優(yōu)編碼模式rs確定rs編碼的本原多項式，并根據(jù)乘法表計算生成矩陣；根據(jù)生成矩陣構造校驗矩陣；最終根據(jù)校驗矩陣和個信息包求出個所述冗余包用于校驗。

傳輸發(fā)送單元，用于將所述冗余包與所述信息包一起封裝后發(fā)送。

上述計算單元在確定所述最優(yōu)rs編碼模式rs是采用以下步驟實現(xiàn)：步驟（1）：把所述信息包劃分子信息組包再分別進行rs編碼，根據(jù)所述子信息包組信息包的數(shù)量劃分出出種rs編碼模式，分別記為模式1：rs，模式2：rs，……，模式t：rs。

步驟（2）：計算種rs編碼模式所對應的丟包完全恢復概率，分別記為。具體計算過程如下：

，，……，。

步驟（3）：根據(jù)上述步驟（1）中選擇出所有滿足條件的rs編碼模式，其中閾值為經(jīng)過測試得到的對接收端視頻播放質量不產(chǎn)生影響的所允許的最低丟包完全恢復概率。

步驟（4）：從所述步驟（3）中得到的所有rs編碼模式中，選擇其中子信息包數(shù)量最小的rs編碼模式為所述最優(yōu)rs編碼模式：rs，其中，為最小數(shù)量的子信息包。

解碼接收裝置包括：傳輸接收單元、丟包恢復單元、音視頻解碼器。

傳輸接收單元，用于接收所述冗余包和所述信息包數(shù)據(jù)，以及更新后的預測丟包率。

丟包恢復單元，用于信息包構造伴隨矩陣，并計算校驗包進行丟包檢驗、丟包恢復。該丟包恢復是指根據(jù)校驗包計算丟包發(fā)生位置，并對丟包恢復能力范圍內(nèi)的丟包進行丟包恢復，以及根據(jù)丟包的情況對預測丟包率進行更新。

音視頻解碼器，用于對恢復后的信息包進行解碼；當沒有發(fā)生丟包現(xiàn)象時，所述音視頻解碼器對接收到的所述信息包進行解碼。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。