專利名稱：一種嵌入數字水印的視頻流媒體傳輸信道的差錯控制方法
技術領域：
本發明涉及一種基于視頻流媒體的差錯控制方法，屬于信息通訊領域。
背景技術：
原始視頻流數據量很大在網絡傳輸之前通常需要經過編碼壓縮，提高發送效率。 視頻編碼的主要思想之一是利用序列圖像之間的相關性，以某幀圖像作為參考，通過估計得出的位移矢量對圖像中物體的移動加以描述。例如，通常我們使用I幀、P幀、B幀等一般性描述幀間相關性。在這三種幀類型中，P幀通常以前面的I幀為參考，B幀通常以前面的 I幀或P幀以及后續的P幀作為參考。這種幀間相關性決定了碼流數據的重要性差異。例如，當參考幀丟失時，以之作為編碼依據的壓縮幀將無法被完整還原。因此，在網絡傳輸中， 有必要對諸如參考幀等視頻解碼貢獻較大的部分加以保護，這便是視頻流媒體差錯控制的基本思想。從數據組織上來說，經過編碼后的視頻流是結構化的，具有明顯的分層結構。諸如序列、圖像、片組、片、NALU、宏塊等概念。它們具有逐級包含的關系，每一層封裝都會引入相關的附加信息。這些頭信息的丟失，會導致解碼器在數據解析過程中出現錯誤，錯誤處理及恢復機制也會導致圖像質量的暫時下降。在H. 264標準中，算法框架被劃分為兩個主要層次，即視頻編碼層(Video Coding Layer, VCL)和網絡抽象層(Network Abstract Layer, NAL)。VCL層主要完成視頻編碼的任務，而NAL層則對編碼的數據內容進行封裝，以適應網絡打包傳輸的需求。NAL層的基本語法結構為NAL單元(NALU)，根據所包含內容的不同有多種類別，基本可歸為參數信息和視頻數據兩大類。標準只對NALU的一般性排列順序做了規定，因此存在多種合法情況，一個典型的H. 264NALU序列。其中SPS 序列參數集，包含碼流的層級、圖像順序等信息；PPS 圖像參數集，包含解碼方法、分片參數等信息；上述兩類NALU為一組圖像編碼的全局參數，如果丟失將導致該部分無法解碼。SEI 輔助增強信息，丟失對解碼造成的影響甚微。SLICE 包含具體的圖像數據，I型為幀內編碼模式；P型為前向預測模式，依賴于I 或P ;B型為雙向預測模式，依賴于對應的I、P。從依賴關系上可見，對于圖像還原的影響程度為I > P > B。SLICE類型數據丟失僅對還原后的圖像質量有影響，不會影響解碼狀態。可見，為了提高視頻質量，可以從數據內容和碼流結構兩方面入手，這是差錯控制的第一步，也可以稱為數據重要性估計。當確定了要在通信中保護的內容之后，便涉及到具體保護手段的選擇，即是差錯控制的第二步。根據在整體系統中實施位置的不同，視頻流媒體差錯控手段可以分為下面幾個大類1、編碼器層面該類方法側重于對編碼核心算法的改進，以限制因數據丟失而造成的錯誤積累，典型方法為多描述編碼。2、解碼器層面該類方法側重于在已發生數據丟失的情況下，如何對圖像進行恢復與重建，也叫做錯誤隱藏技術。3、傳輸層面該類方法側重于數據傳輸過程中的差錯控制，通常屬于網絡控制的一部分，與流媒體系統的關系最為密切。由于編、解碼器層面的差錯控制需要深入到視頻壓縮的核心算法，因此對于改進編碼標準的學術研究貢獻較大，但較少應用于工程項目中。而在流媒體通信系統中，傳輸層差錯控制仍是主要的研究方向。在傳輸層差錯控制的幾種主要方法中，基于最大次數的限制性重傳是以次數為限制條件的重傳，簡單的限定了丟失NALU的最大重傳次數N，若N次重傳后數據仍未被正確接收，則放棄重傳。該方法的優點是可恢復所有的錯誤，并且實現簡單，其缺點在于需要發送反饋信息，且當通信鏈路狀況很差時，數據流的實時性下降很大， 傳輸效率低。綜合考慮，本發明利用重傳方法設計了一個適合視頻流媒體數字水印傳輸的差錯控制機制。
發明內容
本發明的目的是針對目前數字水印沒有根據數據的作用及貢獻程度對視頻碼流進行劃分，沒有建立信息正確接收率與重傳次數的關系的問題，提供一種嵌入數字水印的視頻流媒體傳輸信道的差錯控制方法。一種嵌入數字水印的視頻流媒體傳輸信道的差錯控制方法，實現視頻流媒體數字水印傳輸信道的差錯控制方法的步驟為步驟一、讀取要發送的視頻流媒體；步驟二、在視頻編碼層壓縮編碼過程中嵌入水印或在原始域嵌入水印后再壓縮編碼；步驟三、在網絡抽象層NAL將數據流分片為NALU，NALU為NAL單元；步驟四、根據數據的重要性將NALU分為四種類型，分別為TYPEl至TYPE4，不同類型賦予不同的Φ值，0 < Φ < 1 ;φ為預設的數據最小正確接收率；1)若其類型為TYPEl，則令Φ = 0. 95 ；2)若其類型為ΤΥΡΕ2，則令Φ = 0. 90 ；3)若其類型為ΤΥΡΕ3，則令Φ = 0. 85 ；4)若其類型為ΤΥΡΕ4，則令Φ = 0. 60 ；步驟五、把NALU按照類型分片為四種網絡傳輸數據包；對于每種網絡傳輸數據包，根據Φ值計算每個數據包的最大重傳次數retrans， retrans為正整數；詳細過程如下A、估算當前鏈路誤報率p，在發送端根據加權公式ρ = ^pprev 計算鏈路誤包率P ； B、根據公式
權利要求
1.一種嵌入數字水印的視頻流媒體傳輸信道的差錯控制方法，特征在于實現視頻流媒體數字水印傳輸信道的差錯控制方法的步驟為步驟一、讀取要發送的視頻流媒體；步驟二、在視頻編碼層壓縮編碼過程中嵌入水印或在原始域嵌入水印后再壓縮編碼； 步驟三、在網絡抽象層NAL將數據流分片為NALU，NALU為NAL單元； 步驟四、根據數據的重要性將NALU分為四種類型，分別為TYPEl至TYPE4，不同類型賦予不同的Φ值，O < Φ < 1 ;Φ為預設的數據最小正確接收率；1)若其類型為TYPEl，則令Φ= 0. 95 ；2)若其類型為ΤΥΡΕ2，則令Φ= 0. 90 ；3)若其類型為ΤΥΡΕ3，則令Φ= 0. 85 ；4)若其類型為ΤΥΡΕ4，則令Φ= 0. 60 ；步驟五、把NALU按照類型分片為四種網絡傳輸數據包；對于每種網絡傳輸數據包，根據Φ值計算每個數據包的最大重傳次數retrans， retrans為正整數；詳細過程如下A、估算當前鏈路誤報率p，在發送端根據加權公式:
2.根據權利要求1所述的一種嵌入數字水印的視頻流媒體傳輸信道的差錯控制方法， 其特征在于所述的步驟六中計算最大重傳次數retrans的步驟為第0步定義P為鏈路數據誤包率，nalu_size為NALU的長度，pkt_size為為最大網絡分組數據包長度，Φ為預設的數據最小正確接收率，定義fragments為分組的個數，定義 retrans為要求得的重傳次數，定義sum為一個網絡分組數據包被正確接收的概率，定義i 為循環次數控制變量；第1步令retrans為O ；令sum為l_p ；計算一個NALU包被劃分為多少個網絡分組數 ^^ fragments = \nalu _size I pkt size"!向卜取整；第2步判斷是否正確接收的概率Sumftes < Φ，若是，則執行第3步，否，則執行第 6步；第3步令sum的值為0，令retrans的值加1，令i的值為0 ； 第4步判斷是否循環次數控制變量i < retrans，若是，則執行第5步，否，則返回到第2步；retrans第5步令sum為Σ Ρ'(1~Ρ)' = i+1后返回到第4步； i=0第6步輸出retrans ； 第7步結束。
3.根據權利要求1所述的一種嵌入數字水印的視頻流媒體傳輸信道的差錯控制方法， 其特征在于所述的步驟四中TYPEl至TYPE4劃分依據為 TYPEl :SEI，第一組同步信息{SPS、PPS、IDR}； TYPE2 :自第二組開始的后續同步信息{SPS、PPS、IDR}； TYPE3 含有數字水印信息的SLICE ； TYPE4 不含數字水印信息的SLICE ； 直至收到一組完整的同步信息{SPS、PPS、IDR}為止。
全文摘要
一種嵌入數字水印的視頻流媒體傳輸信道的差錯控制方法，屬于信息通訊領域。本發明為了解決目前視頻流媒體數字水印傳輸中沒有根據數據的作用及貢獻程度對視頻碼流進行劃分進而建立信息正確接收率與重傳次數的關系的問題。本發明的主要技術特征是對已嵌入數字水印的視頻流媒體根據數據的重要程度分為四種類型，并分別賦予不同的最小正確接收率，在視頻流媒體的傳輸過程中，根據各類型的最小正確接收率計算每種類型的最大重傳次數，并對傳輸過程進行控制，本發明可有效降低數據保護的時間代價，實現可調節的部分可靠差錯控制。本發明適用于通信中數字水印傳輸的差錯控制。
文檔編號H04N7/32GK102438151SQ201110418270
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者李瓊, 牛夏牧, 王莘, 石振鋒, 韓琦 申請人:哈爾濱工業大學