[发明专利]针对压缩视频的基于转码的鲁棒性流媒体技术和系统

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及视频压缩领域，特别是涉及基于转码的视 频压缩。

背景技术

视频编码包括表示模拟和数字视频的视频数据，用于存储和/或 者传输。视频编码的目的在于紧凑地准确地表达视频数据，提供视频 导航的方式(即向前搜索，向后搜索，随机访问等)，并提供其他额 外的作者和内容的信息，如字幕。视频编码中最困难的任务之一是利 用视频压缩减小视频数据的大小。视频压缩技术通常指减少表示数字 视频数据的数据量。该技术是空间域图像压缩和时域运动补偿的结 合。

从80年代初以来，寻找高效的视频压缩技术已成为视频编码领 域的主导活动。第一个重要的里程碑是H.261标准，从该标准中，JPEG 图形专家组采用了使用离散余弦变换(DCT)的想法。从那时起，压 缩技术取得了很多进步，如运动估计。特别是，国际电信联盟(ITU) 已经发布了许多在编码视频方面标准，包括H.261，H.262和H.263。 国际标准化(ISO)和国际电工委员会(IEC)的国际组织联合制定了 最新的视频编码标准，H.264/高级视频编码(AVC)，也称为MPEG- 4第10部分。H.264标准是早期的标准如MPEG-2和MPEG-4的发展产 物。在此，标准协议H.261，H.262，H.263，H.264/AVC，MPEG-2， MPEG-4，AVS(包括AVS-M，AVS1.0，等)，以及H.264/SVC在 此以引用的方式并入。

由于互联网的迅速发展和对视频内容的需求不断增加，通信网 络的视频流媒体服务已收到来自学术界和工业界的极大关注。在一个 典型的流媒体系统中，压缩的视频流从服务器传输到客户端设备时进 行实时解码和显示。为了减少数据包传输过程中丢失或延误，多种错 误恢复技术被提出。大多数以前的错误恢复技术着力于提高在线压缩 过程中错误的鲁棒性。但是，在视频流系统中，如视频点播系统，视 频服务器依据离线压缩视频提供视频服务。因此，人们渴望提高传输 之前压缩过的视频时的抗误码能力，从而提供高质量的视频服务。

发明内容

在此描述了一项可以提供对离线压缩视频数据有错误恢复能力 的传输的发明的多个实施例。根据该项发明的多个实施例，无损帧间 转码(LIFT)技术把传统的编码视频数据块转化成为一种被称作转码 块的新型块，以实现类似帧内编码I块的抗误码能力。根据其中一个 实施例，在没有传输错误时，转码块可以无损的转换回到精确的原始 编码块。根据其中另一个实例，当传输错误造成预测块不可知时，转 码块可以像内部编码I块那样被鲁棒性的解码。

不同于传统编码数据块，转码数据块在编码过程中，不仅包含 和视频数据块相关的编码系数，而且还包含用来生成系数数据的预测 数据。根据该项发明的一个实施例，转码数据块包含一个由与原始视 频数据块相关的系数块和一个与原始视频数据块相关的预测块构成 的线性组合。该系数块和预测块的线性组合优选地是经量化和变换的 系数块，与经量化和变换的预测块之和。

在解码端，当从之前的编码数据块中可得到预测块时，原始的 视频数据可无损的从编码的比特流和预测数据中恢复。当由于包丢 失，解码器不能得到预测块时，原始的视频数据仍可鲁棒性地从编码 的比特流中重建。因为，经量化和变换的系数块和经量化和变换的预 测块的和是原始视频数据的近似值，所以如此产生的数据重建是原始 视频数据的无损估计。

根据一个可替换的实施例，转码数据块可以直接从原始视频数 据产生。此外，转码数据块可转换回可由传统解码器解码的传统编码 数据块。

此外，一种利用新型离线转码和在线合成技术的视频服务器是 该发明的另一个实施例。根据这一实施例，视频服务器以离线转码的 方式，把传统的编码视频流数据块转化为其相应的转码数据块。当采 用编码数据块提供视频服务时，视频服务器有选择性地将视频流中的 一个或多个传统的编码数据块用其转码后的对应部分取代。由于转码 数据块可以被鲁棒性的解码，即使当解码器不能得到它们的预测块 时，所以在时变信道下高丢包率的环境中，如无线信道、Wi-Fi/Wi-Max， 3G/3.5G/4G、蓝牙、有线信道、互联网、IP网络等，原始视频数据 仍可从编码视频流中恢复。对于一个时变信道，在服务器不能在线转 码时，这个技术能实现和在线转码时相同的自适应抗误码能力。这项 技术尤其适合不同的信道状态下的多个客户同时连接到服务器的视 频流系统。