3G视频容错应用技术探讨

【摘 要】随着3G技术的应用，传输方式有了新的突破，3G技术有很多新的特点，包括带宽和容量。本文针对3G视频通话业务，研究了3G容错技术的应用，探讨了错误隐藏技术的主要功能、片结构、帧内编码块刷新、参数集、冗余片和灵活的宏块排序。

【关键词】3G技术；视频；容错；功能

中国移动、新联通、中国电信，在获得3G运营牌照的基础上进行新技术的应用，展开三大运营商的竞争。传统的视频编码标准是建立在比特流概念的基础上的，

但很多网络结构实际上是按照数据包进行传输的，其结构不适合直接用比特流来传送数字视频，各个数据包尺寸、相关开销和差错属性等特性在各网络体系结构间、以及在单独网络体系结构内也有所不同。

视频编码器和网络特性是获得较佳视频效果的匹配。无线移动网络容易发生差错，因此需要解决无线移动信道视频的容错传输，通常采用如前向纠错编码及支持差错复原的视频压缩编码技术来解决，例如H.264编解码器，它能够很好的解决易差错信道的视频容错传输。在新3G技术下，3GPP/3GPP2模拟的传输环境需要选择适当的条带长度，这样H.264编解码器才能良好的匹配于无线移动信道的网络特性，实现无线移动信道视频的容错传输。H.264标准适用于无线网络传输的主要因素之一是其概念上的两层协议。其中视频编码层，简称为VCL（Video　Coding　Layer），其功能是高效的视频内容表现。网络抽象层，简称为NAL（Net　work　Abstraction　Layer），其功能是封装编码信息，并通过指定网络进行传输。在H.264编码器中定义了两种帧编码，即SP帧和SI帧，来完成不同数据流的切换，其优势在于可以视传输网络和用户终端的具体情况，自适应地切换不同码率的视频流，加强了视频流对3G网络的适应性。

一、3G视频通话业务

尽管现在语音通话业务仍为通信业务的主要业务，但是视频通话和语音信箱等新业务将会逐步取代语音通话业务，成为主流业务，因为视频通话的视觉冲击力强，快速直接的视频通话将被越来越多的人所接受。

而实现视频通话所依靠的是手机的视频通话功能，现已成为国外最为流行的3G服务之一。现在网络上的QQ、MSN或Skype的视频聊天功能使得人们与远方的亲人、朋友的视频聊天成为了常事。在不远的将来，依托3G网络的高速数据传输，3G手机用户也将实现随时随地的视频聊天。想象一下当拨打视频电话时，人们的动作不再是把手机放在耳边，而是面对手机屏幕内的通话人，双方影像使人们的沟通不再冰冷，通话的意义发生了改变。

二、3G容错技术的应用

无线视频业务所依靠的技术主要是3G通信技术能，3G网络在移动环境下的带宽可达384kbps，在静止环境下的带宽可以达到2Mbps。但是考虑到信道衰减、建筑物遮挡、终端移动、多用户干涉等原因，信道的状态是时变的，误码率较高。依托3G网络来传输视频流，在追求高的压缩效率的同时，需要通信协议具备一定的容错和错误掩盖能力。最新的3GPP/3GPP2标准要求3G终端支持H.264/AVC视频编解码技术，但是因为硬件限制，3G终端只支持H.264/AVC协议的部分容错功能。H.264协议提供了许多容错工具，这些工具因为各自不同的用途和目的，3G终端需要根据具体情况选择不同的工具组合来使用。

1、错误隐藏技术的主要功能

错误隐藏技术的主要功用是利用接收到的数据来恢复丢失的数据，一般应用于解码器端。在无线网络环境中，由于误码率高，网关或者路由器丢弃了很多数据包，丢失的数据需要解码器恢复，这凸显了解码器的错误隐藏技术恢复数据的功能。这种技术的根据是空间和时间上的相关性，在JVT参考软件中的一种空间相关性的方法是使用被丢失宏块周围的4个宏块来恢复被丢失的数据。这种方法的目的是使恢复后边缘数据的绝对误差和，SAD　（sum　of　absolute　difference），最小。虽然其不是最好，但计算简单有效。

2、片结构

在3G网络视频传输中，根据MTU的大小，分片压缩视频是3G技术的重要技术。分片压缩后的视频中，数据包中包含一片（slice）数据，通常一片数据包含若干个宏块，其大小需满足MTU的要求。

3、帧内编码块刷新

帧内编码的编码方式不依赖时间上相邻帧的数据，尽管数据包丢失甚至帧丢失，这种方法能够有效地阻止丢失引起的错误传播。对话式视频业务对实时性要求较高，但因为I帧刷新的频率较低，帧内编码可以在特定情况下代替I帧。H.264／AVC协议定义了两种帧内编码块刷新（intra　block　refreshing）模式。第一是随机模式，帧内编码块的数目可以由用户选择，编码器则随机确定实行帧内编码的宏块的位置；第二种是行刷新模式，编码器负责在图像中依次选择一行进行帧内编码。编码器根据图像分辨率的大小来确定需要帧内编码块的数目。例如在QCIF格式图像中，对于需要选择图像的一行数据进行编码，即11个宏块进行帧内编码，而在CIF格式图像中，宏块的数目变成22。

4、参数集（Parameter　Sets）

H.264标准中，没有了序列层和图像层。原属于序列和图像头部的大部分句法元素重新构建了序列参数集SPS　（Sequence　Parameter　Set）和图像参数集PPS　（Picture　Parame2ter　Set）。序列参数集定义图像序列的信息，应用范围是视频序列，如编码所用的档次和级别、图像大小等。图像参数集定义图像的所有片的信息，应用范围是视频序列中的所有图像，如嫡编码方法、FMO，宏块到片组的映射方式等。当解码器正确接收多个不同序列参数集和图像参数集后，将其存储于己编码位置，使用时根据每个己编码片的片头的存储位置来选择合适的图像参数集。

5、冗余片（Redundant　Slice）

H.264编码器再定义了对片内的宏块的编码方式后，还定义了不同的编码参数对同一个宏块进行再次或多次编码，生成冗余片，其信息将与原宏块编码一同通过同一视频流传输。冗余片的功能是使解码器在主片丢失的情况下重构片内宏块，若主片未丢失，则冗余片被抛弃。

6、灵活的宏块排序（FMO）

FMO技术定义了片组（slice　group）。片组是由一个或者多个片组成，而每个片的组成由前述片结构构成。FMO的功能是使因信道传输而引起的错误分散。具体实施方法是：帧图中的定义片组来传输宏块，片组包含若干个片，每一个片单独传输。当一个片发生丢失时，同一片组中与之临近的且已经被正确接收到的片中的宏块可以为丢失片中的宏块进行有效的错误掩盖。片组组成方包含了矩形方式，有规则的分散方式（例如，棋盘状），以及完全随机的分散方式。FMO虽然能够提高码流的容错能力，其缺点是降低了编码效率，增加了编码延迟时间。

近年来，视音频等多媒体业务依托通信技术的发展，第三代数字无线移动通信网络提供了这样的环境，但是由于其容错性差、误码率高，受到复杂干扰的影响，会导致视频流中的数据包丢失。H.264／AVC视频编码标准提高3G视频通信的可用性，解决了易差错信道的视频容错传输。