專利名稱：一種噴泉碼的編解碼方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)傳輸中的差錯(cuò)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種噴泉碼的編解碼方法 和裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)或異構(gòu)終端來(lái)說(shuō)，在多媒體組播傳輸中，由于各個(gè)接收者具有不同 的帶寬及信道狀況，因此通常采用分層編碼技術(shù)，使得接收者能夠通過(guò)接收越來(lái)越多的 數(shù)據(jù)來(lái)改善重構(gòu)的視頻質(zhì)量。接收者可能會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)狀況性能的提升而體驗(yàn)到更好的 視頻質(zhì)量，即使信道狀況差的接收者也能觀看到基本的重構(gòu)視頻。但是，即使對(duì)于信道 狀況較好的接收者來(lái)說(shuō)，由于分層編碼數(shù)據(jù)對(duì)傳輸中的丟包問(wèn)題十分敏感，因此可能會(huì)嚴(yán) 重降低重構(gòu)視頻的質(zhì)量，例如在分層編碼數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，低層數(shù)據(jù)包的丟失可能導(dǎo)致 嚴(yán)重的誤碼擴(kuò)散。從而，分層視頻編碼都會(huì)依靠視頻服務(wù)器端的前向糾錯(cuò)(FEC，F(xiàn)orward ErrorCorrection)技術(shù)來(lái)完善對(duì)分層信源輸出比特流的保護(hù)，以增強(qiáng)其魯棒性。近年來(lái)，噴泉編碼作為一種非固定碼率的分組級(jí)信道編碼已成為研究熱點(diǎn)。其編 譯碼算法復(fù)雜度很低，噴泉碼的編碼器如同噴泉一樣源源不斷地緊挨原始數(shù)據(jù)編碼發(fā)送， 無(wú)需反饋重傳；用戶只需接收到足夠數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)即可恢復(fù)發(fā)送端的原始數(shù)據(jù)，而與編 碼包的接收順序無(wú)關(guān)。在這個(gè)過(guò)程中，發(fā)送端無(wú)需考慮異質(zhì)用戶的信道特性及接入時(shí)刻、斷 續(xù)傳輸?shù)染唧w應(yīng)用方式的影響。因此，噴泉碼特別適用于分布式網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、可靠數(shù)據(jù)廣播/ 多播、無(wú)線協(xié)作與中繼等應(yīng)用環(huán)境中。非固定碼率是噴泉碼的一個(gè)重要特性，它使得發(fā)送端可以靈活地決定發(fā)送數(shù)據(jù)的 長(zhǎng)度，從而充分利用信道容量。但在實(shí)時(shí)視頻流傳輸?shù)扔袊?yán)格延時(shí)要求的應(yīng)用中，發(fā)送端只 能以相對(duì)固定的碼率進(jìn)行發(fā)送。事實(shí)上，對(duì)于每個(gè)原始數(shù)據(jù)塊來(lái)說(shuō)，編碼端只能生成有限 數(shù)量的編碼符號(hào)，然后對(duì)下一個(gè)原始數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。當(dāng)信道質(zhì)量很差，丟包情況嚴(yán)重時(shí)， 許多接收者不能收到足夠的編碼符號(hào)進(jìn)行完全解碼，接收端的譯碼性能就會(huì)受到很大的影 響。此外，采用分層編碼技術(shù)就是為了滿足不同用戶的需要，因此并不要求每個(gè)接收者都能 恢復(fù)全部的原始數(shù)據(jù)塊。對(duì)于實(shí)時(shí)分層視頻流，現(xiàn)有的噴泉多播方案主要存在以下問(wèn)題1、發(fā)送的編碼符號(hào)數(shù)目有限；對(duì)于帶寬有限或者信道狀況很差的接收者來(lái)說(shuō)，如 果有很少一部分編碼數(shù)據(jù)沒有接收到，則會(huì)由于噴泉碼的雪崩解碼效應(yīng)，迭代譯碼器只能 重構(gòu)所傳輸視頻塊的一小部分，從而無(wú)法保證視頻的基本播放質(zhì)量。2、現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)噴泉編碼是一種基于平等差錯(cuò)保護(hù)機(jī)制的編碼方式，然而分層視頻 傳輸由于其分層比特流數(shù)據(jù)的重要性不同，需要一種基于不等差錯(cuò)保護(hù)機(jī)制的FEC技術(shù)， 因此現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)噴泉編碼無(wú)法滿足分層視頻傳輸?shù)男枰?br>
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種噴泉碼的編解碼方法和裝置，以實(shí)現(xiàn) 在分層組播環(huán)境中高效、可靠的視頻傳輸。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種噴泉碼的編碼方法，該方法包括將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu)先級(jí)從高到低的順序分為不同的信息層；對(duì)每個(gè)信息層分別獨(dú)立的進(jìn)行相同碼率的預(yù)編碼后得到編碼層，并將各個(gè)編碼層 進(jìn)行級(jí)聯(lián)后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器；所述優(yōu)先級(jí)LT編碼器在LT編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的 輸入符號(hào)集的大小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。所述將各個(gè)編碼層進(jìn)行級(jí)聯(lián)后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器，具體為為每個(gè)編碼層分別設(shè)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)系數(shù)α，層號(hào)越低的編碼層對(duì)應(yīng)的α越大，層 號(hào)越高的編碼層對(duì)應(yīng)的α越??；將所述各個(gè)編碼層送入數(shù)據(jù)整合器，按α從大到小的順序進(jìn)行重新排序后送入 優(yōu)先級(jí)LT編碼器。所述在LT編碼過(guò)程中根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集的大 小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度，具體為根據(jù)度分布函數(shù)為當(dāng)前編碼符號(hào)隨機(jī)生成一個(gè)度d ；如果所述當(dāng)前編碼符號(hào)的度d < L，則定義隨機(jī)變量X服從以ρ為參數(shù)的兩點(diǎn)分 d
^ai * m'/
M,P = jT-，并產(chǎn)生一個(gè)服從
均勻分布的隨機(jī)數(shù)r，若r滿足0 < r < P，則X
^at * m\
i=\
=O ；若不滿足，則X = 1 ；其中，L表示所述信息層的層數(shù)，α i表示第i層編碼層的優(yōu)先級(jí) 系數(shù)，m' i表示第i層編碼層的長(zhǎng)度；如果X = 0，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...，Md}，其中
d<L
=如果X= 1，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...，η}，其中
/=1
L
η = ^m'ι ；
仁]如果所述當(dāng)前編碼符號(hào)的度數(shù)(1 > L，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為
L
{1，...，11}，其中"=5^^^;
i=\從確定的所述輸入符號(hào)集中隨機(jī)選取d個(gè)不同的輸入符號(hào)，并對(duì)所述d個(gè)不同的 輸入符號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，生成一個(gè)編碼符號(hào)。本發(fā)明還提供了一種噴泉碼的解碼方法，該方法包括將收到的編碼數(shù)據(jù)包送入優(yōu)先級(jí)LT解碼器進(jìn)行解碼，得到具有不等差錯(cuò)保護(hù)功 能的輸出數(shù)據(jù)，并將所述輸出數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)分流器；所述數(shù)據(jù)分流器根據(jù)層號(hào)將所述輸出數(shù)據(jù)分為各個(gè)不同的編碼層；將每個(gè)編碼層分別送入對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼解碼器，經(jīng)過(guò)預(yù)編碼解碼后，恢復(fù)為各個(gè)信
息層ο所述優(yōu)先級(jí)LT解碼器和預(yù)編碼解碼器采用置信傳播(BP)譯碼算法。
本發(fā)明還提供了一種噴泉碼的編碼裝置，該裝置包括分層模塊、預(yù)編碼編碼器和 優(yōu)先級(jí)LT編碼器，其中，所述分層模塊，用于將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu)先級(jí)從高到低的順序分為不同的信息層；所述預(yù)編碼編碼器，用于對(duì)每個(gè)信息層分別獨(dú)立的進(jìn)行相同碼率的預(yù)編碼后得到 編碼層，并將各個(gè)編碼層進(jìn)行級(jí)聯(lián)后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器；所述優(yōu)先級(jí)LT編碼器，用于在LT編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符 號(hào)的輸入符號(hào)集的大小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。該裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)整合器，相應(yīng)的，所述預(yù)編碼編碼器進(jìn)一步用于，為每個(gè)編碼層分別設(shè)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)系數(shù) α，層號(hào)越低的編碼層對(duì)應(yīng)的α越大，層號(hào)越高的編碼層對(duì)應(yīng)的α越小；將所述各個(gè)編碼 層送入數(shù)據(jù)整合器；所述數(shù)據(jù)整合器，用于對(duì)所述編碼層按α從大到小的順序進(jìn)行重新排序后送入 優(yōu)先級(jí)LT編碼器。所述優(yōu)先級(jí)LT編碼器進(jìn)一步用于，根據(jù)度分布函數(shù)為當(dāng)前編碼符號(hào)隨機(jī)生成一
個(gè)度d ；在所述當(dāng)前編碼符號(hào)的度d < L時(shí)，定義隨機(jī)變量X服從以ρ為參數(shù)的兩點(diǎn)分布， d
^at * η ι
P = jT-,并產(chǎn)生一個(gè)服從
均勻分布的隨機(jī)數(shù)r，若r滿足0 < r < p，則X =
^ai * nii
(=1
0 ；若不滿足，則X = 1 ；其中，L表示所述信息層的層數(shù)，α i表示第i層編碼層的優(yōu)先級(jí)系 數(shù)，m' i表示第i層編碼層的長(zhǎng)度；如果X = 0，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集
d<L
為{1，...，Md}，其中M/ = Σ歷’<;如果x= 1，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為
/=1
{1，. . .，η}，其中《 = Σ^,；在所述當(dāng)前編碼符號(hào)的度數(shù)d > L時(shí)，確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)
/=1
的輸入符號(hào)集為{1，...，11}，其中^ = ；^ ^;從確定的所述輸入符號(hào)集中隨機(jī)選取^1個(gè)不
i=l
同的輸入符號(hào)，并對(duì)所述d個(gè)不同的輸入符號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，生成一個(gè)編碼符號(hào)。本發(fā)明還提供了一種噴泉碼的解碼裝置，該裝置包括優(yōu)先級(jí)LT解碼器、數(shù)據(jù)分 流器和預(yù)編碼解碼器，其中，所述優(yōu)先級(jí)LT解碼器，用于對(duì)收到的編碼數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，得到具有不等差錯(cuò)保 護(hù)功能的輸出數(shù)據(jù)，并將所述輸出數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)分流器；所述數(shù)據(jù)分流器，用于根據(jù)層號(hào)將所述輸出數(shù)據(jù)分為各個(gè)不同的編碼層，并將每 個(gè)編碼層分別送入對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼解碼器；所述預(yù)編碼解碼器，用于對(duì)送入的編碼層進(jìn)行預(yù)編碼解碼，恢復(fù)為信息層。所述優(yōu)先級(jí)LT解碼器和預(yù)編碼解碼器采用BP譯碼算法。本發(fā)明所提供的一種噴泉碼的編解碼方法和裝置，通過(guò)將多個(gè)預(yù)編碼器與一個(gè)優(yōu) 先級(jí)LT編碼器相結(jié)合，提出了一種具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的噴泉碼結(jié)構(gòu)；優(yōu)先級(jí)LT編碼器 的輸出構(gòu)成一個(gè)具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的編碼塊，其中，高優(yōu)先級(jí)的層包含更多的信息，而低優(yōu)先級(jí)的層包含相對(duì)較少的信息。通過(guò)對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)給予不同程度的保護(hù)，系統(tǒng) 具有適應(yīng)復(fù)雜多變的信道狀況的能力，可以在分層組播環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效、可靠的視頻傳輸。另外，本發(fā)明通過(guò)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分層編碼并依靠噴泉碼對(duì)低層數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)保 護(hù)之后，盡管在信道惡劣的情況下會(huì)丟失很多高層數(shù)據(jù)，但攜帶最基本信息的底層數(shù)據(jù)被 保留了下來(lái)，從而用戶可以保證最基本視頻觀看質(zhì)量，通信的有效性得到了極大的提高。與標(biāo)準(zhǔn)的基于等差錯(cuò)保護(hù)的噴泉碼相比，本發(fā)明提出的具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的 噴泉碼，在保持噴泉碼總體譯碼性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，大大減小了高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的恢復(fù)時(shí)間， 且將對(duì)低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間的影響減小到最低程度。將本方法應(yīng)用到分層多播環(huán)境中， 對(duì)于信道狀況很差的接收者來(lái)說(shuō)，當(dāng)接收端接收不到足夠的編碼數(shù)據(jù)以成功譯碼時(shí)，也能 以更短的時(shí)間恢復(fù)出大部分的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)，保證基本的恢復(fù)效果。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中噴泉碼的編碼示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中噴泉碼的解碼示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中服務(wù)器實(shí)現(xiàn)噴泉碼編碼過(guò)程的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中客戶端實(shí)現(xiàn)噴泉碼解碼過(guò)程的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述。為實(shí)現(xiàn)在分層組播環(huán)境中高效、可靠的視頻傳輸，本發(fā)明提供的一種噴泉碼的編 解碼方法，包括編碼和解碼兩個(gè)部分。且本發(fā)明針對(duì)的是經(jīng)過(guò)分層編碼的視頻信源，對(duì)于視 頻數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，分層編碼的方法有很多種，例如時(shí)域可分級(jí)、空域可分級(jí)、質(zhì)量可分級(jí)等等。在發(fā)送端實(shí)現(xiàn)的編碼方法包括A、將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu)先級(jí)從高到低的順序分為不同的信息層。B、對(duì)每個(gè)信息層分別獨(dú)立的進(jìn)行相同碼率的預(yù)編碼后得到編碼層，并將各個(gè)編碼 層進(jìn)行級(jí)聯(lián)后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器。具體的，為每個(gè)編碼層分別設(shè)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)系數(shù)α，層號(hào)越低的編碼層對(duì)應(yīng)的α 越大，層號(hào)越高的編碼層對(duì)應(yīng)的α越??；將各個(gè)編碼層送入數(shù)據(jù)整合器，按α從大到小的 順序進(jìn)行重新排序后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器。其中，所述層號(hào)是在步驟A中進(jìn)行信息層劃分 時(shí)，為每個(gè)不同的信息層分配的，原始數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)越高，其所在信息層的層號(hào)就越高；原 始數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)越低，其所在信息層的層號(hào)就越低。C、優(yōu)先級(jí)LT編碼器在LT編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的輸 入符號(hào)集的大小，以控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。下面結(jié)合圖1所示的噴泉碼編碼示意圖，對(duì)上述編碼方法進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。該編 碼方法主要包括以下步驟步驟1、假設(shè)原始數(shù)據(jù)塊表示為S1, S2, ... , sk，將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu)先級(jí)從高到低 的順序分成L(L ( k)個(gè)信息層，每個(gè)信息層的輸入符號(hào)總數(shù)分別為Hi1, m2，· · ·，其 步驟2、對(duì)每個(gè)信息層分別獨(dú)立的進(jìn)行相同碼率的預(yù)編碼后，由信息層變?yōu)榫幋a 層，每個(gè)編碼層的長(zhǎng)度分別為m' i;m' 2，...，m' ^其中m' i = Hii/(k/n)，Hii為第i層信 息層的輸入符號(hào)總數(shù)，m' i表示第i層編碼層的長(zhǎng)度，1 ^ i ^ L, η為預(yù)編碼輸出序列的
總長(zhǎng)度，且 步驟3、為每個(gè)編碼層分別設(shè)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)系數(shù)α，層號(hào)越低的編碼層，其優(yōu)先級(jí) 系數(shù)α越大；層號(hào)越高的編碼層，其優(yōu)先級(jí)系數(shù)α越小。這樣使得低層數(shù)據(jù)具有較高的優(yōu) 先級(jí)，而高層數(shù)據(jù)則具有較低的優(yōu)先級(jí)。其中Ci1彡Ci2彡...彡c^，且0< α <1。步驟4、將各個(gè)編碼層送入數(shù)據(jù)整合器，經(jīng)重新排序后，送入優(yōu)先級(jí) LT(LubyTransform)編碼器，在LT編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的輸 入符號(hào)集的大小，從而控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。其中，LT編碼過(guò)程具體包括4. 1、根據(jù)度分布函數(shù)為當(dāng)前編碼符號(hào)隨機(jī)生成一個(gè)度d。4. 2、如果當(dāng)前編碼符號(hào)的度d < L，則定義隨機(jī)變量X服從以ρ為參數(shù)的兩點(diǎn)分
布，其中P = jT-，并產(chǎn)生一個(gè)服從
均勻分布的隨機(jī)數(shù)r，若r滿足0 < r < p，
則X = O;若不滿足，X= 1。其中，L表示信息層的層數(shù)，CIi表示第i層編碼層的優(yōu)先級(jí)系 數(shù)，m' i表示第i層編碼層的長(zhǎng)度，*表示相乘。4.3、如果X = 0，則確定當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為前d層數(shù)據(jù)，S卩{1，...，Md}，
d<L
其中M/ = Σ ^。如果X = 1，則確定當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為所有數(shù)據(jù)，即U，...， /=1
L
η}，其中 4. 4、如果當(dāng)前編碼符號(hào)的度(1>1^，則確定當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...， 4. 5、從輸入符號(hào)集中隨機(jī)選取d個(gè)不同的輸入符號(hào)，并對(duì)這d個(gè)不同的輸入符號(hào) 進(jìn)行異或運(yùn)算，生成一個(gè)編碼符號(hào)。需要說(shuō)明的是，上述發(fā)送端的編碼過(guò)程中，優(yōu)先級(jí)系數(shù)α的設(shè)置只要滿足 Q1 ^ Q2 ^ ... ^ c^，且α e (0,1)都是可行的。優(yōu)先級(jí)LT碼所采用的度分布函數(shù)為 Shokrollahi在標(biāo)準(zhǔn)Raptor碼中所采用的常數(shù)平均度分布函數(shù)，即Ω =0. 007969χ+0. 493570x2+0. 166220x3+0. 0726x4+0. 082558xs+0. 056058χ8+0. 03 7229χ9+0. 055590Χ19+0. 025023Χ64+0. 003135Χ66這可以極大地簡(jiǎn)化優(yōu)先級(jí)LT碼編譯碼的復(fù)雜度，使其具有線性編譯碼時(shí)間，但 卻同時(shí)存在著嚴(yán)重的錯(cuò)誤平層效應(yīng)(所謂錯(cuò)誤平層是指誤碼率隨信噪比的增加而下降減 速甚至不再下降)。那么為了消除LT碼錯(cuò)誤平層帶來(lái)的影響，更好的保證數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì) 量，本發(fā)明在優(yōu)先級(jí)LT碼之前增加了預(yù)編碼過(guò)程，且預(yù)編碼采用的編碼方案為高碼率的LDGM Triangle 或 LDGM Staris，這兩種低密度生成器矩陣(LDGM，Low Density Generator Matrix)編碼方案皆為系統(tǒng)碼，具有線性的編譯碼復(fù)雜度。對(duì)應(yīng)上述噴泉碼的編碼方法，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于發(fā)送端的編碼裝置，包 括分層模塊、預(yù)編碼編碼器和優(yōu)先級(jí)LT編碼器。其中，分層模塊，用于將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu) 先級(jí)從高到低的順序分為不同的信息層。預(yù)編碼編碼器，用于對(duì)每個(gè)信息層分別獨(dú)立的進(jìn) 行相同碼率的預(yù)編碼后得到編碼層，并將各個(gè)編碼層進(jìn)行級(jí)聯(lián)后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器。優(yōu) 先級(jí)LT編碼器，用于在LT編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集 的大小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。較佳的，該裝置還可以包括數(shù)據(jù)整合器。那么相應(yīng)的，預(yù)編碼編碼器進(jìn)一步用于， 為每個(gè)編碼層分別設(shè)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)系數(shù)α，層號(hào)越低的編碼層對(duì)應(yīng)的α越大，層號(hào)越高的 編碼層對(duì)應(yīng)的α越?。粚⒏鱾€(gè)編碼層送入數(shù)據(jù)整合器。數(shù)據(jù)整合器，用于對(duì)編碼層按α從 大到小的順序進(jìn)行重新排序后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器。如圖2所示，噴泉碼的解碼方法在接收端是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟1、將收到的編碼數(shù)據(jù)包送入優(yōu)先級(jí)LT解碼器進(jìn)行解碼，得到具有不等差錯(cuò) 保護(hù)功能的輸出數(shù)據(jù)。步驟2、將優(yōu)先級(jí)LT解碼器的輸出數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)分流器，數(shù)據(jù)分流器根據(jù)各輸出 數(shù)據(jù)的層號(hào)分為L(zhǎng)個(gè)編碼層。步驟3、將每個(gè)編碼層分別送入對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼解碼器，L個(gè)編碼層經(jīng)過(guò)預(yù)編碼解碼 器后，由編碼層恢復(fù)為信息層，進(jìn)而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)塊。上述接收端預(yù)編碼解碼器與優(yōu)先級(jí)LT解碼器均采用置信傳播(ΒΡ， BeliefPropagation) i華石馬胃^去。對(duì)應(yīng)上述噴泉碼的解碼方法，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于接收端的解碼裝置，包 括優(yōu)先級(jí)LT解碼器、數(shù)據(jù)分流器和預(yù)編碼解碼器。其中，優(yōu)先級(jí)LT解碼器，用于對(duì)收到的 編碼數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，得到具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的輸出數(shù)據(jù)，并將輸出數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)分 流器。數(shù)據(jù)分流器，用于根據(jù)層號(hào)將輸出數(shù)據(jù)分為各個(gè)不同的編碼層，并將每個(gè)編碼層分別 送入對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼解碼器。預(yù)編碼解碼器，用于對(duì)送入的編碼層進(jìn)行預(yù)編碼解碼，恢復(fù)為信 息層ο綜上所述，本發(fā)明的噴泉碼編解碼方法和裝置，通過(guò)將多個(gè)預(yù)編碼器與一個(gè)優(yōu)先 級(jí)LT編碼器相結(jié)合，提出了一種具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的噴泉碼結(jié)構(gòu)；優(yōu)先級(jí)LT編碼器的 輸出構(gòu)成一個(gè)具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的編碼塊，其中，高優(yōu)先級(jí)的層包含更多的信息，而低 優(yōu)先級(jí)的層包含相對(duì)較少的信息。通過(guò)對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)給予不同程度的保護(hù)，系統(tǒng)具 有適應(yīng)復(fù)雜多變的信道狀況的能力，可以在分層組播環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效、可靠的視頻傳輸。另外，本發(fā)明通過(guò)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分層編碼并依靠噴泉碼對(duì)低層數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)保 護(hù)之后，盡管在信道惡劣的情況下會(huì)丟失很多高層數(shù)據(jù)，但攜帶最基本信息的底層數(shù)據(jù)被 保留了下來(lái)，從而用戶可以保證最基本視頻觀看質(zhì)量，通信的有效性得到了極大的提高。與標(biāo)準(zhǔn)的基于等差錯(cuò)保護(hù)的噴泉碼相比，本發(fā)明提出的具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的 噴泉碼，在保持噴泉碼總體譯碼性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，大大減小了高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的恢復(fù)時(shí)間， 且將對(duì)低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間的影響減小到最低程度。將本方法應(yīng)用到分層多播環(huán)境中， 對(duì)于信道狀況很差的接收者來(lái)說(shuō)，當(dāng)接收端接收不到足夠的編碼數(shù)據(jù)以成功譯碼時(shí)，也能
9以更短的時(shí)間恢復(fù)出大部分的高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)，保證基本的恢復(fù)效果。上述編碼方法的一種實(shí)際應(yīng)用，如圖3所示，在服務(wù)器端，原始視頻序列經(jīng)過(guò) H. 264/SVC編碼器后，分為一個(gè)基本層和多個(gè)增強(qiáng)層，根據(jù)層號(hào)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、總的層數(shù)等分層 編碼信息分別提取出每層碼流，再將每層碼流分別進(jìn)行對(duì)應(yīng)的LDGM編碼過(guò)程；之后將每個(gè) LDGM編碼器輸出組合成一段碼流，然后開始優(yōu)先級(jí)LT編碼過(guò)程；最后在優(yōu)先級(jí)LT編碼器 輸出的編碼數(shù)據(jù)包的包頭加入包括數(shù)據(jù)塊編號(hào)、層號(hào)以及編碼種子、編碼包序列號(hào)等在內(nèi) 的信息，通過(guò)丟包網(wǎng)絡(luò)信道發(fā)送給不同的客戶端。上述解碼方法的一種實(shí)際應(yīng)用，如圖4所示，在客戶端，每個(gè)接收者收到編碼數(shù)據(jù) 包后，開始執(zhí)行優(yōu)先級(jí)LT解碼過(guò)程，并根據(jù)相應(yīng)的包頭參數(shù)，從優(yōu)先級(jí)LT解碼器的輸出碼 流中提取出相應(yīng)的每層碼流；然后每層碼流分別開始對(duì)應(yīng)的LDGM解碼過(guò)程，之后將每個(gè) LDGM解碼器的輸出組合成一段碼流，再將組合后的碼流送入H. 264/SVC解碼器恢復(fù)出原始 視頻序列。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種噴泉碼的編碼方法，其特征在于，該方法包括將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu)先級(jí)從高到低的順序分為不同的信息層；對(duì)每個(gè)信息層分別獨(dú)立的進(jìn)行相同碼率的預(yù)編碼后得到編碼層，并將各個(gè)編碼層進(jìn)行級(jí)聯(lián)后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器；所述優(yōu)先級(jí)LT編碼器在LT編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集的大小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述噴泉碼的編碼方法，其特征在于，所述將各個(gè)編碼層進(jìn)行級(jí)聯(lián) 后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器，具體為為每個(gè)編碼層分別設(shè)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)系數(shù)α，層號(hào)越低的編碼層對(duì)應(yīng)的α越大，層號(hào)越 高的編碼層對(duì)應(yīng)的α越??；將所述各個(gè)編碼層送入數(shù)據(jù)整合器，按α從大到小的順序進(jìn)行重新排序后送入優(yōu)先 級(jí)LT編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述噴泉碼的編碼方法，其特征在于，所述在LT編碼過(guò)程中根 據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集的大小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù) 程度，具體為根據(jù)度分布函數(shù)為當(dāng)前編碼符號(hào)隨機(jī)生成一個(gè)度d ；如果所述當(dāng)前編碼符號(hào)的度d < L，則定義隨機(jī)變量X服從以ρ為參數(shù)的兩點(diǎn)分布， 0 ；若不滿足，則X = 1 ；其中，L表示所述信息層的層數(shù)，α i表示第i層編碼層的優(yōu)先級(jí)系 數(shù)，m' i表示第i層編碼層的長(zhǎng)度；d<L如果X = 0，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...，Md}，其中Mrf = YtWil ； 如果X = 1，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...，η}，其中《 = ； 如果所述當(dāng)前編碼符號(hào)的度數(shù)(1>1^，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為L(zhǎng) 從確定的所述輸入符號(hào)集中隨機(jī)選取d個(gè)不同的輸入符號(hào)，并對(duì)所述d個(gè)不同的輸入 符號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，生成一個(gè)編碼符號(hào)。
4.一種噴泉碼的解碼方法，其特征在于，該方法包括將收到的編碼數(shù)據(jù)包送入優(yōu)先級(jí)LT解碼器進(jìn)行解碼，得到具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的 輸出數(shù)據(jù)，并將所述輸出數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)分流器；所述數(shù)據(jù)分流器根據(jù)層號(hào)將所述輸出數(shù)據(jù)分為各個(gè)不同的編碼層；將每個(gè)編碼層分別送入對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼解碼器，經(jīng)過(guò)預(yù)編碼解碼后，恢復(fù)為各個(gè)信息層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述噴泉碼的解碼方法，其特征在于，所述優(yōu)先級(jí)LT解碼器和預(yù)編 碼解碼器采用置信傳播(BP)譯碼算法。
6.一種噴泉碼的編碼裝置，其特征在于，該裝置包括分層模塊、預(yù)編碼編碼器和優(yōu)先 級(jí)LT編碼器，其中，所述分層模塊，用于將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu)先級(jí)從高到低的順序分為不同的信息層； 所述預(yù)編碼編碼器，用于對(duì)每個(gè)信息層分別獨(dú)立的進(jìn)行相同碼率的預(yù)編碼后得到編碼 層，并將各個(gè)編碼層進(jìn)行級(jí)聯(lián)后送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器；所述優(yōu)先級(jí)LT編碼器，用于在LT編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的 輸入符號(hào)集的大小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述噴泉碼的編碼裝置，其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)整合器，相應(yīng)的，所述預(yù)編碼編碼器進(jìn)一步用于，為每個(gè)編碼層分別設(shè)定一個(gè)優(yōu)先級(jí)系數(shù)α，層 號(hào)越低的編碼層對(duì)應(yīng)的α越大，層號(hào)越高的編碼層對(duì)應(yīng)的α越??；將所述各個(gè)編碼層送入 數(shù)據(jù)整合器；所述數(shù)據(jù)整合器，用于對(duì)所述編碼層按α從大到小的順序進(jìn)行重新排序后送入優(yōu)先 級(jí)LT編碼器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述噴泉碼的編碼裝置，其特征在于，所述優(yōu)先級(jí)LT編碼器進(jìn)一步用于，根據(jù)度分布函數(shù)為當(dāng)前編碼符號(hào)隨機(jī)生成一個(gè)度d ；在所述當(dāng)前編碼符號(hào)的度d < L時(shí)，定義隨機(jī)變量X服從以ρ為參數(shù)的兩點(diǎn)分布， 并產(chǎn)生一個(gè)服從
均勻分布的隨機(jī)數(shù)r，若r滿足0 < r < p，則X = 0 ；若不滿足，則X = 1 ；其中，L表示所 述信息層的層數(shù)，α i表示第i層編碼層的優(yōu)先級(jí)系數(shù)，m' i表示第i層編碼層的長(zhǎng)度；如果 X = 0，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...，Md}，其中 洳果X = 1，則確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...，11}，其中 在所述當(dāng)前編碼 符號(hào)的度數(shù)d > L時(shí)，確定所述當(dāng)前編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集為{1，...，η}，其中 從確定的所述輸入符號(hào)集中隨機(jī)選取d個(gè)不同的輸入符號(hào)，并對(duì)所述d個(gè)不同的輸入符號(hào) 進(jìn)行異或運(yùn)算，生成一個(gè)編碼符號(hào)。
9.一種噴泉碼的解碼裝置，其特征在于，該裝置包括優(yōu)先級(jí)LT解碼器、數(shù)據(jù)分流器和 預(yù)編碼解碼器，其中，所述優(yōu)先級(jí)LT解碼器，用于對(duì)收到的編碼數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，得到具有不等差錯(cuò)保護(hù)功 能的輸出數(shù)據(jù)，并將所述輸出數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)分流器；所述數(shù)據(jù)分流器，用于根據(jù)層號(hào)將所述輸出數(shù)據(jù)分為各個(gè)不同的編碼層，并將每個(gè)編 碼層分別送入對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼解碼器；所述預(yù)編碼解碼器，用于對(duì)送入的編碼層進(jìn)行預(yù)編碼解碼，恢復(fù)為信息層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述噴泉碼的解碼裝置，其特征在于，所述優(yōu)先級(jí)LT解碼器和預(yù)編 碼解碼器采用BP譯碼算法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種噴泉碼的編解碼方法，編碼方法包括將原始數(shù)據(jù)塊按優(yōu)先級(jí)從高到低分為不同的信息層；對(duì)每個(gè)信息層進(jìn)行相同碼率的預(yù)編碼，將得到的各個(gè)編碼層進(jìn)行級(jí)聯(lián)并送入優(yōu)先級(jí)LT編碼器進(jìn)行LT編碼；在編碼過(guò)程中，根據(jù)調(diào)整參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)編碼符號(hào)的輸入符號(hào)集的大小，控制不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的不等保護(hù)程度。解碼方法包括優(yōu)先級(jí)LT解碼器對(duì)收到的編碼數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼得到具有不等差錯(cuò)保護(hù)功能的輸出數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分流器根據(jù)層號(hào)將輸出數(shù)據(jù)分為各個(gè)不同的編碼層；將每個(gè)編碼層分別送入對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼解碼器進(jìn)行預(yù)編碼解碼，恢復(fù)出各個(gè)信息層。本發(fā)明還公開了一種噴泉碼的編解碼裝置。通過(guò)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了在分層組播環(huán)境中高效、可靠的視頻傳輸。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101902296SQ20101021744
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者劉峰, 夏宏飛, 溫明才 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司