【導讀】論文主要研究了基于壓縮格式的數(shù)字視頻傳輸技術。基于的抗誤碼技術的研究；應用設計及結果分析；不少于20xx漢字的與本專業(yè)有關的翻譯資料一份；開題報告和中期檢查表一份。因此，各種視頻技術的研究和應用一直吸引著國內(nèi)外廣大科技人員的關注。重建質(zhì)量嚴重下降。AVS是我國具備自主知識產(chǎn)權的第二代信源編碼標準。AVS視頻當中采用了一。AVS適用的范圍有數(shù)字地面電視廣播、有線電視、交互存儲媒體、視頻壓縮編碼的國際標準主要有MPEG系列標準和H系列標準。。準主要包括:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7等。電視、因特網(wǎng)或無線網(wǎng)上的流媒體等。H系列標準是由ITU-T的視頻編碼專家組制定的視頻。它主要應用于實時視頻通信領域。輸技術，找出適合標準的技術。的發(fā)展情況，及其目前相關研究動態(tài)。并且進一步闡明了本文選題的理論。依據(jù)，并為隨后展開深入的分析提供了線索與思路。動重傳能力的綜合抗誤碼方案，以獲得較好的壓縮效果和抗信道誤碼能力。

　　

【正文】 的壓縮性能，即 :根據(jù)每個元素上下文來獲得概率模型；根據(jù)當時統(tǒng)計來調(diào)整概率估計；使用算術編碼。 CABAC具有 3個獨特的優(yōu)勢。上下文模型提供了編碼符號的條件概率的估計；算術編碼允許 給每個符號分配非整數(shù)比特；自適應算術編碼墑編碼器適合無固定符號統(tǒng)計，對于每個塊來說，我們將原始圖像和低質(zhì)量預測而得的圖像之間的差進行編碼。編碼一個數(shù)據(jù)元素包括以下幾個步驟。 第一個步驟是二進制化。 CABAC使用二進制算術編碼，這意味著用來編碼的元素僅僅是二進制元素 (l， O)。一個非二進制元素 (例 :傳輸系數(shù)或運動向量 )要先二進制化或者在算術編碼之前轉(zhuǎn)化為二進制碼。由于 MB_type的范圍限制在 (0一 9)，因此可用另一種方法二進制化。二進制化的過程類似于將一個數(shù)據(jù)元素轉(zhuǎn)化為變長碼，但不同之處在于它在傳輸之前還要 經(jīng)過算術編碼。第二個步驟是選擇上下文模型。上下文模型就是二進制符號中一個或多個二進制位的概率模型。這個模型將根據(jù)最近編碼的數(shù)據(jù)符號的統(tǒng)計表來選擇。上下文模型存儲了每個二進制位 “l(fā)”或 “0”的概率值。標準為每種語法元素定義了上下文模型和二進制化方式，對于不同的語法元素共有 267平中上下文模型， 0到 266。根據(jù)不同的片 (slice)類型，一些模型具有不同的用法。例如，在 I片中不允許有跳宏塊，因此根據(jù)當前塊是否是幀內(nèi)編碼模式來用上下文模型 02編碼 mb_skip或 mbtype。每個編碼片開始時，根據(jù)量化參數(shù)來初 始上下文模型的 (因為這對于不同數(shù)據(jù)符號將有很大的影響 )。 第三個步驟是算術編碼。算術編碼的思想最早在 1948年 Shannon的文章中出現(xiàn)，當時 Shannon將符號依概率排序，用累積概率的二進制表示作為對符號的編碼。 60年代 Elias發(fā)現(xiàn)，不需要排序，只要編碼端和解碼端使用相同的符號順序就可以了。但是當時人們對算術編碼的理解仍然需要無限精度的浮點運算，或者隨著符號的輸入，需要的精度增加，同時計算時間也線性增加。 1976年前后 Rissanen和 Pasco分別完成一個使用有限精度運算的算術編碼，但是它們分別是離線 的和先入先出的。 Rissanen和 Langdon的文章描述了算術編碼的基本理論，并給出了一個二進制算術編碼器。 1987年 Witten等人發(fā)表了一個實用的算術編碼程序，即CACM87。 CACM87被用作 。算術編碼器根據(jù)所選的概率模型對每個二進制位編碼。注意 :僅有 “0”、 “1”參與編碼。算術編碼具有三個不同的特性。第一個特性，概率估計通過在 LPS的 64個不同的概率狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中完成。第二個特性，在每一步計算新的范圍前，算術編碼器的當前狀態(tài) R被量化為一個小范圍預設值，使之可以使用查表法來計算新 的范圍 (避免乘法 )。第三個特性，數(shù)據(jù)元素的簡化的編解碼過程具有一致的概率分布定義。 第四個步驟是概率更新。根據(jù)目前編碼值來更新概率模型。 (例如，當前編碼值為 “1”則 “1”的頻率值增加 )?？偟膩碚f， CABAC相比于 VLC改進了編碼效率，代價是增大了計算復雜度。 CABAC是根據(jù)每個元素的上下文來獲得概率模型并按實時統(tǒng)計來調(diào)整概率模型的自適應算術編碼。算術編碼可以逼近信源的墑，因此 CABAC具有很好的壓縮性能。但算術編碼是變長編碼，隨機誤碼會使誤碼擴散，導致在重同步之前的解碼為誤碼，所以算術編碼的抗誤碼能力較弱。 基于 AC 的具有 CED 的 ARQ 方案 本章提出在 ，使其在一定范圍內(nèi)能夠檢錯。其基本思想是在編碼端加入冗余，使編碼區(qū)間中的部分區(qū)間，編碼端不使用。當解碼端發(fā)現(xiàn)進入這些區(qū)間時，則表明數(shù)據(jù)傳輸過程中有錯誤發(fā)生。因此解碼端報錯，向編碼端發(fā)出自動重傳請求，要求其重傳一段長度為 n的數(shù)據(jù)。由于誤碼的擴散，準確對誤碼進行定位是比較困難的，因此只在某個概率范圍內(nèi)確定重傳數(shù)據(jù)范圍 n的值。 在 ，算術編碼的編解碼端具有相同的當前區(qū)間，是由它的長度 δ和低限 1決定。為了進行 有限的運算，編碼端移出一些比特再將區(qū)間加倍。由于每次區(qū)間加倍表示一比特移出，這是加入冗余的理想位置，可在該位置對當前編碼區(qū)間按一定的比例進行調(diào)整。該比例稱為縮減因子 α，它決定著輸出冗余度的多少，同時控制著檢錯的速度。設當前區(qū)間為 δ，則需要 I(α) = log 2 (δ)比特來編碼表示。當前區(qū)間乘上縮減因子 α后，則需要 I(αβ)=I(α)+I(β)比特來編碼表示，冗余量為 I(α)。 I(α) = log 2 (α) () 假設加入 x的冗余，則選擇 α=1/2x。例 x=l%，則 α=。x=2%，則 α=?？s減因子 α又可理解為在算術編碼過程中加入一個禁用符號聲 μ，假設其發(fā)生概率為 e =1 α。例如，當編碼一個符號 x∈ {a,b,c}時，設當前子區(qū)間 δ，則 αβ占分配給x， eδ分配給 μ。由于 μ不被編碼，所以分配給 μ的間隔不會被再分割。設 Pn (μ)是編完第 n個符號后 μ所占的概率。 () 判斷誤碼的方法是看當前區(qū)間是否在禁用區(qū)間內(nèi)，因此 Pn (μ)又可理解為是當發(fā)生一個錯誤時 ，經(jīng)過 n比特我們能判定錯誤的概率。相應的一個錯誤發(fā)生后經(jīng)過比特不能檢錯的概率 β。 （ ） 可見錯誤發(fā)生后隨著解碼符號 n的增加，不能檢錯的概率 β成指數(shù)減少。因此，直到檢出錯誤，錯誤發(fā)生在前 n比特的概率為 (l一 β)。又冗余量 I (α) = log 2 (1e)比特 /編碼符號，帶入 ()式，可以得到檢錯所需重傳的比特 n和冗余量 I(α)之間的關系。 ? ??I ( p )l o ge)(1lo g (p )lo gn 22 2 ??? () 由 ()式可知，冗余量與檢錯所需重傳的比特之間成反比。編碼信息中的冗余可由編碼過程中這一簡單可協(xié)調(diào)的參數(shù) α控制，但這又決定于信道條件，這對于 ARQ很重要。某些時候要求快速檢錯則需加入比較大的冗余，而有些時候信道平穩(wěn)更重要則可適當加長檢錯時間。因此參數(shù) α可根據(jù)檢錯要求和信道條件來進行綜合的考慮和選擇。 應用設計及結果分析 由于相同的噪聲對不同的幀類型 (I、 P、 B)的影響是不同的， I幀作為 P、 B幀的參考幀，因此誤碼發(fā)生在 I幀后會出現(xiàn)誤碼擴散，對重建圖像質(zhì)量的影響 較大。而 B幀不作為其它幀的參考幀，發(fā)生在 B幀的誤碼只會局限在該幀內(nèi)，不會影響其它幀。因此應用過程中應考慮到針對不同的幀類型取不同的縮減因子 α值。本實驗以 Foreman及 Miss Ameriean的 QCIF格式(176x144)的 100幀圖像序列為例，序列中這三種類型的圖的組織是非常靈活的，在本實驗中采用 IBBPBBPBB的組合。在相同的信道條件下 (設信道產(chǎn)生 103，的隨機噪聲 )，對 100幀圖像中的 I、 P、 B幀分別加噪聲，再分別采用不加任何額外檢錯機制和加入基于 AC的 CED十 ARQ檢錯機制這兩種方法得出的效果進行比較，其中縮減因子 α分別取為 ， ， ， ， ， l(零冗余 )。 應用過程中，在編碼端根據(jù) α加入冗余，解碼端一旦發(fā)現(xiàn)解碼后當前區(qū)間落在縮減區(qū)間之外就報錯，記下當前數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)包中的位置并根據(jù) ()式計算 n值。再向編碼端發(fā)出重傳請求，并將當前數(shù)據(jù)的位置信息及 n值發(fā)給發(fā)送端，發(fā)送端將當前數(shù)據(jù)前 n個數(shù)據(jù)重發(fā)，同時解碼端將解碼狀態(tài)返回至前 n個數(shù)據(jù)時，再根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)解碼。解碼每個數(shù)據(jù)時，必須紀錄當前解碼狀態(tài)前的若干狀態(tài)，這將較大的占用了內(nèi)存。實際應用 中我們只保留前 100個解碼狀態(tài)，由于 術解碼是幀同步的，若 n大于 100則將該幀數(shù)據(jù)重發(fā)。 ，即一個宏塊先 AC解碼后進行運動補償?shù)炔僮鳎缓笤偬幚硐乱粋€宏塊?？紤]到在 AC解碼時就能報錯，應用時可以利用數(shù)據(jù)處理的并行性，將一幀內(nèi)的宏塊統(tǒng)一 AC解碼然后無錯就繼續(xù)下面操作，一旦某塊數(shù)據(jù)報錯就退出，進行誤碼處理。 下面給出分別采用不加任何檢錯機制和加入基于 AC的 CED+ARQ檢錯機制這兩種方法得出的實驗結果圖。實驗的信道條件為隨機產(chǎn)生 103的白噪聲，本實驗采用 IBBPBBPBB的組合，編碼采用 CABAC，圖像序列選用了 MissAmeriean的QeIF格式 (176X144)的 100幀圖像序列。由于噪聲加在 I、 P、 B幀對整個圖像的序列的信噪比產(chǎn)生的影響不同，因此實驗過程中我們分別對整個圖像序列中的 I、 P、B幀分別加入噪聲后得到不同的信噪比圖。然后分別加入本文提出的基于 AC的CED十 ARQ檢錯機制，可以得到檢錯后的圖。由于檢錯后得到的信噪比都近似于無噪狀態(tài)下圖像，所以本圖只列出一條檢錯后曲線。 H264中采用 YUV表示法來表示彩色圖像，其中亮度信號 Y和色度信號 U， V是相互獨立的。圖 信號 Y的 PSNR圖，圖 U的 PSNR圖，圖 v的 PSNR圖。實驗結果表明相同噪聲信道條件下，采用 CED+ARQ方案后 明顯優(yōu)于原先不采用任何檢錯機制的情況。在 I幀， P幀加噪聲時 Y信號的信噪比提高 8dB， UV信號也分別提高 ldB和 3dB。在 B幀加噪聲時 Y信號的信噪比提高4dB， UV信號也提高 。對應于縮減因子 α分別取為 ， ， ， ， 相應的冗余度 %， %， %， %， %。 圖 亮度信號 Y的 PSNR比較圖 圖 色度信號 U的 PSNR比較圖 圖 色度信號 V的 PSNR比較圖 本章介紹了視頻傳輸抗誤碼技術的發(fā)展，并結合 對 ，通過實驗證明在 AC的 CED十ARQ檢錯機制后能連續(xù)檢錯，且一個錯誤只牽制一小段數(shù)據(jù)，減少了需重發(fā)的數(shù)據(jù)量，大大減少檢錯時間，提高了數(shù)據(jù)抗誤碼能力，并能獲得較好的壓縮效果。 4 視頻流傳輸模型設計 視頻傳輸?shù)囊话隳Ｐ? 當前視頻流傳輸?shù)囊话惴椒?，是對視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼以降低碼率，然后根據(jù)視頻壓縮編碼方式進行分組封裝 (即打包 )，再通過網(wǎng)絡傳輸 。在接收端，對接收到的數(shù)據(jù)進行分組解析 (拆包 )，這樣就可以重建視頻幀。一個典型的視頻傳輸模型如圖 41所示。 這種對視頻打包傳輸?shù)姆椒ㄓ泻芏鄡?yōu)點，首先可以實現(xiàn)端到端的控制 。另外，用打包方式進行分組還可以支持媒體流的復用 。而且在傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失和誤碼時，也可以利用分組的特點，從下一個無差錯的包開始恢復同步，從而防止錯誤擴散。由于視頻實時傳輸本身的特點和 要求，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)議如 TCP、 UDP等無法勝任此項工作，于是國際標準化組織 IETF制定了面向?qū)崟r流媒體的 RTP協(xié)議，提供了上述打包分組功能，并且滿足視頻流實時傳輸?shù)囊?。因此一般?視頻編碼 分組封裝 分組解析 視頻解碼 圖 視頻傳輸?shù)囊话隳Ｐ? 網(wǎng)絡傳輸 視頻傳輸應用系統(tǒng)中，一般是基于 RTP協(xié)議實現(xiàn)視頻流的傳輸和控制，本文也采用該協(xié)議。除了傳輸協(xié)議的選擇，視頻流網(wǎng)絡傳輸時的 QoS也是在設計傳輸方案時必須重點考慮的問題。 RTP/RTCP 協(xié)議分析 實時傳輸協(xié)議 RTP RTP協(xié)議是專門為多媒體應用而設計的輕型傳輸協(xié)議，基于多播或單播網(wǎng)絡為用戶提供連續(xù)媒體數(shù)據(jù)的實時傳輸 服務。它本身不保證傳輸可靠性，也不提供流量的擁塞控制機制，而是借助于 RTCP實現(xiàn)。 RTP協(xié)議位于 TCP/UDP協(xié)議之上，在功能上獨立于下面的傳輸層和網(wǎng)絡層，但不能單獨作為一個層次存在。通常是利用底層的 UDP協(xié)議完成數(shù)據(jù)傳輸，但也可以建立在其它傳輸協(xié)議上，比如 TCP、ATM等。一般認為 RTP協(xié)議屬于傳輸層，但往往又是在應用程序中具體實現(xiàn)，所以它是一個應用型的傳輸協(xié)議。 RTP協(xié)議負責對多媒體數(shù)據(jù)進行封包并實現(xiàn)媒體流的實時傳輸，其核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)包格式。每一個 RTP數(shù)據(jù)包由包頭和負載兩個部分組成，在協(xié)議中僅定義了包 頭的數(shù)據(jù)結構，對負載的大小沒有限制。 RTP頭由 12個字節(jié)的固定字段和最后 4個字節(jié)的 CSRC可選域組成。負載是長度不定的多媒體數(shù)據(jù) (視頻幀或者音頻幀 )。 實時傳輸控制協(xié)議 RTCP RTP協(xié)議不提供任何保證傳輸質(zhì)量的機制，而是由 RTCP協(xié)議負責實時監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，為系統(tǒng)提供擁塞控制和流量控制。 RTCP采用與 RTP數(shù)據(jù)包相同的分發(fā)機制，向媒體會話中的所有成員周期性的發(fā)送 RTCP包。發(fā)送端接收 RTCP包，從中獲取反饋信息，包括丟包率、抖動、延遲、接收到的最大序列號等，用于制定流量控制的策略，改變傳輸碼 率甚至負載類型。 RTCP協(xié)議中定義了五種攜帶不同信息的 RTCP包類型，分別承擔不同的控制功能。第一類信息是發(fā)送報告 (SR)。 SR是有關主動發(fā)送方的傳輸和接收的統(tǒng)計信息，提供 SSRC標識符、 RTP時間戳、發(fā)送包數(shù)以及發(fā)送字節(jié)數(shù)等與發(fā)送有關的信息。第二類信息是接收報告(RR)。 RR包由實時數(shù)據(jù)的接收端發(fā)送，提供包括接收數(shù)據(jù)包的最大序列號、丟包率、媒體流的抖動情況等信息。第三類信息是源描述項 (SDES)： 提供信源的描述信息，主要功能是作為當前會話參與者的標識信息載體，包括用戶名、郵件地址、電話號碼等，此外還向各參 與者傳達會話控制信息。第四類信息是結束標識 (BYE):主要功能是指示某一個或幾個源不再有效，即把參與者退出的信息通知會話。第五類信息是特定應用控制包 (APP):用戶自己定義的 RTCP包，解決 RTCP的擴展性問題。 RTP 工作機制