一、
前言
在過去的
20
年裏，
Internet
、
移動通信和多媒體通信獲得了前所未有的發展，並獲得了巨大的商業成功。移動通信和多媒體技術的融合正在加速進行，諸如網絡架構、低功耗的集成電路、功能強
大的數字信號處理芯片、高效的壓縮算法等方面的研究成果不斷涌現。面向無線網絡和因特網的視頻圖像編碼與傳輸技術已成爲當今信息科學與技術的前沿課題。
2003
年，
ISO/IEC
的運動圖像專家組（
MPEG
）與
ITU-T
的視頻編碼專家組（
VCEG
）聯手製定了最新的第三代視頻編碼標準
H.264/AVC[1]
。其主要目的就是爲了提供更高的編碼效率和更好的網絡適應性。在相同重構圖像質量下，與
H.263+
和
MPEG-4 ASP
標準相比，能節約
50%
的碼流；採用分層模式，定義了視頻編碼層（
VCL
）和網絡提取層（
NAL
），後者專爲網絡傳輸設計，能適應不同網絡中的視頻傳輸，進一步提高網絡的
“
親和性
”
。
H.264
引入了面向
IP
包的編碼機制，有利於網絡中的分組傳輸，支持網絡中視頻的流媒體傳輸；具有
較強的抗誤碼特性，特別適應丟包率高、干擾嚴重的無線視頻傳輸的要求。
| <script src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js" type="text/javascript"></script> |
二、
視頻通信容錯算法的回顧
目前視頻編碼壓縮標準主要有
MPEG-x
和
H.26x
兩大系列，這些壓縮算法都是基於宏塊的
[2]
，分別從三個方面改善編碼效率：
（
1
）運動估計
/
運動補償（
MP/MC
）消除視頻時間冗餘；
（
2
）圖像差值的離散餘弦變換（
DCT
）消除空間冗餘；
（
3
）量化係數的可變長編碼（
VLC
）消除統計冗餘。
實踐表明，通過上述方法，視頻編碼標準獲得了極高的壓縮效率。但壓縮後的碼流在
Internet
，特別是無線信道上的傳輸仍然存在着一些棘手的問題，其中比較突出的一點是：一方面，這些壓縮後的碼流對信道比特誤碼非常敏感；而另一方面，無線信道由於多徑反射和衰落引入了大量的隨機誤碼和突發誤碼，影響了碼流的正常傳輸。尤其是當採用了
VLC
方案後，碼流更加容易受到誤碼的影響，結果在解碼端將失去與編碼端的同步，導致在遇到下一個同步碼字之前無法對
VLC
碼字進行正確的解碼；同時預測編碼技術會將錯誤擴散到整個視頻序列中，極大地降低重建圖像的質量。因此，爲了實現良好質量的視頻傳輸，必須結合實際應用信道的傳輸特性，採取一定的容錯措施。
根據在視頻傳輸系統中位置的不同，容錯算法
[3]
主要可分爲基於編碼器的容錯算法，基於解碼器的容錯算法和基於反饋信道的容錯算法。其中：
（
1
）基於編碼器的容錯算法，通過再編碼比特流中添加冗餘信息，這些冗餘信息被添加在信源或信道編碼器中，降低了編碼的效率，增加了實現的複雜度，以換取編碼的容錯性能，大致包括：分層編碼、多描述編碼、獨立分段編碼、再同步編碼和前向糾錯編碼（
FEC
）等。
（
2
）基於解碼器的容錯算法，是指利用被損壞的宏塊與其相鄰的宏塊之間的相關性來完成恢復工作的，這部分工作包括錯誤檢測和錯誤恢復。對於錯誤的檢測，一般採用針對語法的檢錯和嵌入數據的檢錯；對於錯誤恢復，可採用時域和空域的錯誤隱藏方法。
（
3
）基於反饋信道的容錯算法，指利用解碼器獲得誤碼信息，並通過反饋信道，傳送給編碼器進行誤碼處理的一種方式。主要包括：誤碼跟蹤，有條件的
ARQ
，幀內
/
幀間編碼模式選擇和參考圖像選擇模式等。
與此同時，在信源編碼器中，從視頻碼流結構上研究其抗誤碼性能，成爲近兩年來研究的一個熱點。
H.264/AVC
作爲最新的視頻編碼標準，採取了一系列切合實際的技術措施，提高了網絡適應性，增強了數據抗誤碼的頑健性，從而保證了視頻傳輸後的壓縮視頻的
QoS
。與以往的視頻編碼標準不同的是，
H.264/AVC
標準從系統層面定義了視頻編碼層（
VCL
，
Video Coding Layer
）和網絡提取層（
NAL
，
Network Abstraction Layer
）。其中，視頻編碼層獨立於網絡，主要包括核心壓縮引擎和塊、宏塊和片的語法句法定義。通過引入一系列新特性，不但使
H.264
的編碼壓縮效率提升了近
1
倍，而且多種錯誤恢復工具又增強了視頻流的頑健性。網絡提取層的主要功能是定義數據的封裝格式，把
VCL
產生的比特字符串適配到各種各樣的網絡和多元環境中。涉及片級別以上的語法定義，包括獨立片解碼所要求的數據表示，類似以往視頻壓縮標準中的圖像和頭部順序數據；防止競爭的編碼；附加的增強信息以及編碼片的比特字符串。
H.264
從框架結構上將
NAL
與
VCL
分離，主要有兩個目的：
其一，可以定義
VCL
視頻壓縮處理與
NAL
網絡傳輸機制的接口，這樣允許視頻編碼層
VCL
的設計可以在不同的處理器平臺進行移植，而與
NAL
層的數據封裝格式無關；
其二， VCL 和 NAL 都被設計成工作於不同的傳輸環境，異構的網絡環境並不需要對 VCL 比特流進行重構和重編碼。下面分別就 VCL 和 NAL 對於視頻傳輸的 QoS 進行分析。
其二， VCL 和 NAL 都被設計成工作於不同的傳輸環境，異構的網絡環境並不需要對 VCL 比特流進行重構和重編碼。下面分別就 VCL 和 NAL 對於視頻傳輸的 QoS 進行分析。
相關文檔：《關於
H.264
視頻編碼傳輸的
QoS
特性分析（一）
》
