[发明专利]基于前向纠错保护编码的数据封装方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，尤其涉及一种基于FEC（Forward Error Correction，前向纠错保护）的数据封装方法。

背景技术

近年来，随着网络接入技术的发展，基于网络的视频应用，如视频点播、视频会议、视频监控等，正面临着飞速的发展。在包交换网络中，由于链路拥塞、信道错误等原因，数据包错误或丢失是不可避免的，因此基于包交换网络的视频传输面临着很大的挑战。

原始视频数据包中包含了一些冗余信息，该冗余信息包括存在于帧内的空间冗余、存在于帧间的时间冗余以及由人眼视觉系统造成的视觉冗余。视频编码技术可以有效地去除视频数据包中的冗余信息，进而压缩原始视频。压缩后的视频占用较小的存储空间和传输带宽，但是视频编码引入了数据间的相关性，使得部分视频数据可能发生丢失或错误。

分片编码是面向传输的视频编码的一个重要组成部分。定义一帧视频中的一部分宏块的集合为片，片的分割必须按照光栅扫描顺序进行，即在一帧中，同一片中宏块必须依照从上到下、从左到右的顺序且不可中断。对视频序列的一帧进行编码时，可以按照一定的标准将视频帧中的宏块划分到不同的片中。同一帧的各个片在编码时互相之间不进行参考。视频码流传输时，如果由于信道错误等原因造成一帧中的部分片数据丢失，则该帧中的其它片的解码不受影响。因此，分片编码可以有效的提高码流的抗丢失性能。

分片编码时，可以采用固定宏块或者固定比特的方法。采用固定宏块的方法时，单个片中包含固定数目的宏块数目，但是编码后的长度不固定；采用固定比特的方法时，单个片中包含小于固定长度的比特数，但是片中包含的宏块数目不固定。

编码端使用分片编码时，若定义该帧内的所有片大小均小于网络最大传输单元且每一个片的编码数据均被封装在独立的应用层数据包中，则在其中部分片对应的应用层数据包错误或丢失的情况下，其它正确接收的片编码数据仍然可以被正确使用，从而提高解码端视频质量。

在传统的基于包交换的网络中，数据包丢失是不可避免的问题。FEC（Forward Error Correction，前向纠错保护）是一种有效的对抗数据包丢失的信道编码，其具有无需储存、无需反馈的特点，在单向信道或时延要求较高的应用场景下具有良好的性能。

FEC的主要思想是利用纠错编码，对待保护数据进行运算生成额外的校验数据，同时将生成的校验数据与原始视频数据一起进行传输。在接收端，若原始视频数据中的部分内容丢失，则可依据采用的编码技术，在一定范围内恢复丢失或错误的数据。对于应用层前向纠错编码方法，校验数据通过跨数据包对原始数据进行运算生成。数据包丢失位置可以通过判断头标等方法确定，即可以确定丢失符号的位置。对原始数据进行前向纠错保护的时候，如果对数据中的不同部分采用强度不同的前向纠错编码，则称之为UEP（Unequal Error Protection，不等差错保护）。

一个普遍使用的前向纠错编码是RS码。假定待保护数据采用RS(n，k，t)编码，其中，k表示原始数据符号数目，t为生成的校验数据符号数目，n为总的符号数目且n=k+t。在符号丢失位置已知的情况下，添加的校验数据最多可以恢复t个符号。

产生的前向纠错编码数据需要和原始数据一起被封装在应用层数据包中才能通过应用层协议，如实时传输协议RTP，进行传输。定义待保护的数据为NAL（Network Abstraction Layer，网络抽象层）数据包，封装后的数据为应用层数据包。当视频编码采用分片编码时，不同片编码后的各个NAL包数据相互独立且长度无法完全一致，对待保护数据进行FEC编码时，编码顺序和两种数据的封装顺序会影响FEC的保护能力以及封装后码流的特性。

现有技术中的一种基于FEC的数据封装方法为：顺序编码封装方法，即FEC编码顺序与最终的数据封装顺序一致。该方法的主要处理过程如下：对待保护数据进行长度规整。可以采用的方法有：1、对待保护数据进行补齐，即对较短的数据包以空白数据填充，使各个数据包长度一致，如图1所示；2、对待保护数据进行剪切，即将较长的数据包中的部分数据剪切到较短的数据包中，使得各个数据包长度一致，如图2所示，斜线区域为待保护数据，网格线区域为生成的FEC校验数据，竖线区域是为了进行长度规整而添加的空白数据，空白区域为进行长度规整而移除的数据，横线区域为进行长度归整移入的数据。