[发明专利]基于网络编码的可靠性视频传输方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及视频传输方法及装置，特别是一种基于网络编码的可靠性视频传输方法及装置。

背景技术

随着不同用户同时访问网络资源需求的不断增加，无线及有线网络的视频多播技术发生了革命性飞跃，但是视频质量仍然受到有限的吞吐量、丢包以及不可预知延时的较大影响。

传统的提高视频质量的方法是采用前向纠错编码对视频数据进行纠错保护。该方法通过生成冗余数据包以保护源信息使系统能够恢复已丢失的数据，但是当丢失的数据包数量超过前向纠错编码的纠错能力时，该方法不能保护源节点信息。与前向纠错编码相比，网络编码在提高视频传输质量方面具有更大的优势。网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络的各节点上对接收到的信息进行线性或非线性处理后，将其转发给下游节点，接收节点在收到信息后通过一定的处理方式，译出信源所发送的信息。

网络编码主要具有以下几个优点：

第一，通过网络编码可以达到多播网络传输的最大流界，与传统的路由传输方式相比，网络编码可提高网络的信息传输速率，提高带宽利用率，增加网络的吞吐量。

第二，对于单信源网络，进行网络编码可使每个节点接收到的信息量达到信源节点到该节点的最大流，并且即使某一节点接收信息的最大流量小于信源发送信息的速率，该节点用户也可以接收到信源发送的部分信息，用户可在满足一定失真标准的情况下，利用接收到的这部分信息进行编码或译码。

第三，网络编码可增加通信网络的鲁棒性和自适应性，经过网络编码后的数据具有同等重要性，因此只要用户接收到了足够多的编码数据，就可以利用这些数据正确的译出所需的信息，当部分节点未能及时发送信息时，只要有足够的节点在工作，数据传输仍可正常进行。

第四，由于网络编码对传输数据进行了线性或非线性组合，因此即使网络中一个或数个链路遭到窃听，通过网络编码也可以在一定程度上提高窃听难度从而保护信息，可提高信息的安全性和可靠性。

虽然网络编码具有上述优点，但实际传输过程中使用网络编码仍具有一定困难。因为进行网络编码时需要知道网络拓扑信息，而实际网络中信息通常以分组形式进行异步传输，每条传输链路上都可能存在时延或丢包，因此获得整个网络的拓扑信息或将网络拓扑信息可靠的传送到各节点上是非常困难的。

实际传输过程中广泛使用的方法是随机线性网络编码方法，该方法在具备网络编码优点的同时也改善了网络编码的不足之处，即在不知道整个网络拓扑的情况下仍可通过中间节点选择随机线性网络编码系数进行编码，克服了网络编码中由于链路上随机时延和丢包造成的拓扑信息传输困难的缺点，因此随机线性网络编码在多个领域得到了广泛应用，但是目前将随机线性网络编码应用于视频传输领域的方法尚不多见。

例如，美国学者J.M.Walsh、S.Weber在2008年的Netcod会议上发表的文章Aconcatenated network coding scheme for multimedia transmission中提出了一种视频传输方法。该方法有效的结合了数字喷泉码、优先传输编码及随机线性网络编码，在网络中间节点通过异或方法提高丢失信息恢复的效率，并按重要性递减的顺序传输视频码流。相比只采用随机线性网络编码的视频传输方法，该方法有效的降低了视频传输的延迟，并提高了视频重建的质量，但是同时实现三种编码方式具有一定复杂度，会增加系统的成本和能耗，因此该方法不能应用到实际的视频传输系统。

另外，在基于随机线性网络编码的视频传输方法中，解码端全局编码矩阵的秩是成功解码的要素之一，但目前已有的基于随机线性网络编码的视频传输方法未考虑此问题，导致这些方法的性能不佳。由于实际网络中存在丢包和时延，一定时间内解码端接收到的信息可能不完全，使得解码端从这些信息中获取的全局编码矩阵的秩只能解码出部分码流，因此从这些码流中重建图像时会造成其重建视频序列质量的下降。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种基于网络编码的可靠性视频传输方法及装置，通过设计具有非严格下三角结构的全局编码矩阵进行随机线性网络编码，以提高网络的吞吐量、抗丢包能力并减小时延，最终提高视频重建质量，实现高可靠性视频多播以及对H.264/SVC码流的不等错误保护，满足实际的视频传输要求。

为实现上述目的，本发明所述的基于网络编码的可靠性视频传输方法，包括如下步骤：

(1)对原始视频信息的每个画面组进行分级视频编码，再对进行分级视频编码的分层码流添加相应的冗余信息及打包，实现码率分配；