[发明专利]一种喷泉码的编解码方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络传输中的差错控制技术领域，尤其涉及一种喷泉码的编解码方法和装置。

背景技术

对于异构网络或异构终端来说，在多媒体组播传输中，由于各个接收者具有不同的带宽及信道状况，因此通常采用分层编码技术，使得接收者能够通过接收越来越多的数据来改善重构的视频质量。接收者可能会随着网络状况性能的提升而体验到更好的视频质量，即使信道状况差的接收者也能观看到基本的重构视频。但是，即使对于信道状况较好的接收者来说，由于分层编码数据对传输中的丢包问题十分敏感，因此可能会严重降低重构视频的质量，例如：在分层编码数据传输过程中，低层数据包的丢失可能导致严重的误码扩散。从而，分层视频编码都会依靠视频服务器端的前向纠错(FEC，Forward ErrorCorrection)技术来完善对分层信源输出比特流的保护，以增强其鲁棒性。

近年来，喷泉编码作为一种非固定码率的分组级信道编码已成为研究热点。其编译码算法复杂度很低，喷泉码的编码器如同喷泉一样源源不断地紧挨原始数据编码发送，无需反馈重传；用户只需接收到足够数量的编码数据即可恢复发送端的原始数据，而与编码包的接收顺序无关。在这个过程中，发送端无需考虑异质用户的信道特性及接入时刻、断续传输等具体应用方式的影响。因此，喷泉码特别适用于分布式网络存储、可靠数据广播/多播、无线协作与中继等应用环境中。

非固定码率是喷泉码的一个重要特性，它使得发送端可以灵活地决定发送数据的长度，从而充分利用信道容量。但在实时视频流传输等有严格延时要求的应用中，发送端只能以相对固定的码率进行发送。事实上，对于每个原始数据块来说，编码端只能生成有限数量的编码符号，然后对下一个原始数据块进行编码。当信道质量很差，丢包情况严重时，许多接收者不能收到足够的编码符号进行完全解码，接收端的译码性能就会受到很大的影响。此外，采用分层编码技术就是为了满足不同用户的需要，因此并不要求每个接收者都能恢复全部的原始数据块。对于实时分层视频流，现有的喷泉多播方案主要存在以下问题：

1、发送的编码符号数目有限；对于带宽有限或者信道状况很差的接收者来说，如果有很少一部分编码数据没有接收到，则会由于喷泉码的雪崩解码效应，迭代译码器只能重构所传输视频块的一小部分，从而无法保证视频的基本播放质量。

2、现有的标准喷泉编码是一种基于平等差错保护机制的编码方式，然而分层视频传输由于其分层比特流数据的重要性不同，需要一种基于不等差错保护机制的FEC技术，因此现有的标准喷泉编码无法满足分层视频传输的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种喷泉码的编解码方法和装置，以实现在分层组播环境中高效、可靠的视频传输。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种喷泉码的编码方法，该方法包括：

将原始数据块按优先级从高到低的顺序分为不同的信息层；

对每个信息层分别独立的进行相同码率的预编码后得到编码层，并将各个编码层进行级联后送入优先级LT编码器；

所述优先级LT编码器在LT编码过程中，根据调整参数动态调整每个编码符号的输入符号集的大小，控制不同优先级数据的不等保护程度。

所述将各个编码层进行级联后送入优先级LT编码器，具体为：

为每个编码层分别设定一个优先级系数α，层号越低的编码层对应的α越大，层号越高的编码层对应的α越小；

将所述各个编码层送入数据整合器，按α从大到小的顺序进行重新排序后送入优先级LT编码器。

所述在LT编码过程中根据调整参数动态调整每个编码符号的输入符号集的大小，控制不同优先级数据的不等保护程度，具体为：

根据度分布函数为当前编码符号随机生成一个度d；

如果所述当前编码符号的度d＜L，则定义随机变量X服从以p为参数的两点分布，并产生一个服从[0，1]均匀分布的随机数r，若r满足0＜r＜p，则X＝0；若不满足，则X＝1；其中，L表示所述信息层的层数，α_i表示第i层编码层的优先级系数，m′_i表示第i层编码层的长度；

如果X＝0，则确定所述当前编码符号的输入符号集为{1，...，M_d}，其中如果X＝1，则确定所述当前编码符号的输入符号集为{1，...，n}，其中

如果所述当前编码符号的度数d＞L，则确定所述当前编码符号的输入符号集为{1，...，n}，其中

从确定的所述输入符号集中随机选取d个不同的输入符号，并对所述d个不同的输入符号进行异或运算，生成一个编码符号。