便携式设备正在激增,有线网络的时代即将结束,4 g无线系统,和他们的继任者 1带来更大的带宽接入网络的能力。基于用户视频流媒体应用程序预期是成功的关键的宽带无线接入网络,例如IEEE 802.16 e(移动WiMAX) [ 2]。WiMAX本身就是证明是有吸引力的,在许多领域现有的手机覆盖率是稀疏的或不存在的。然而,网络应用程序迁移到4 g无线访问视频流媒体应用程序提出了一个问题。这是因为无线通道从根本上容易出错,而压缩,对于大多数的编码增益,取决于预测编码。必然地,因为源代码的数据依赖关系,错误可以破坏一个压缩的视频比特流,这些错误可以随后在时间和空间上传播。在世界多媒体研究,不等错误保护(UEP)通过信道编码或前向纠错(FEC)已被证明是一地区丰富的调查。综述了许多方案(其中一些部分 2)提出了映射到差动保护的优先编码的视频数据。然而,有很强的迹象表明,在商业世界里,视频服务提供商,在视频内容完整性的利益,选择可靠的流媒体协议,只是重新发送数据损坏或丢失。这种方法对于所有类型的服务是不可能的,但平等错误保护(保留)到一个足够的水平是可能的。本文的调查的核心是一个基本问题,即UEP收益降低比特率是否值得额外的复杂性。可以更进一步,建议保留,对于一个相对较小的比特率的增加,使视频质量显著提升。它也可以避免强烈的优化计算程序,可能没有吸引力的商业提供者。目前纸的上下文中演示了这些想法优先数据分区的视频流。为研究社区自然UEP调查程序,我们相信,主张保留是一个相对新颖的方法。

双向、互动的应用程序和用户间流,无线的问题错误无法克服的当前流行的动态自适应的HTTP流媒体(DASH) [ 3]。破折号使用可靠的TCP传输。然而,移动设备没有存储容量为多个视频流交涉,要求在缓冲服务器。例如,在[ 4]DASH服务器存储被发现在16 90分钟的视频编码比特率,500 kbps起价500 kbp的步骤。5 GB的存储成本5流,10流在18 GB和16流在46岁GB。当前的服务器存储成本( 4低至0.125美元每月每1 GB,可以存储在多个视频服务器。不幸的是,即使是短视频剪辑以这种方式存储在移动设备上可以在内存容量造成额外的负担,也有其他的号召能力。因此,流媒体视频序列的重要源编码复杂度仍然特别危险,因为增加的预测数据包之间的依赖关系和数据包大小的增加。这样的视频将被暂时或空间活跃或者两者的混合。

在先前的研究作者( 5),数据分区的视频采用的分离出源代码的数据更重要。在这样的数据分区的视频,压缩的视频比特流分为三个分区分组之前,根据内容类型的重要性的解码视频。一般而言,规模较小、不易出错,数据包大小和结果,对于广播质量的视频,更重要的是数据进行最小的包。在我们以前的工作( 5),所有这些数据包防止错误与燃灯,无论大小。然而,也有可能 6)应用UEP通过复制一个或更多的高优先级段而不是复制数据包越重要。此外,它是可行的 7)保护高优先级段通过微分使用可伸缩的信道编码,即通过猛禽rateless编码( 8]。然而,目前还不清楚到什么程度低优先级未受保护的部分可以视频质量没有不良影响,或者事实上,低复杂性燃灯是否比在一个小的比特率增加。因此,当前纸直接比较保留与UEP通过仔细选择合适的配置数据分区的视频流。

在工作 9),数据分区的视频而保留的UEP单层视频。因此,下次不应用于数据分区,作为工作的目的 9)是指有限的分层数据分区所代表的潜在优势。在[ 9],UEP被发现提供的平均质量低于保留,但它有一个更大的概率提供优质视频,尽管不良通道条件。这导致的问题为什么不燃灯适用于一个数据分区的视频流。

在[ 9],差动保护是通过选择一组离散信道编码率,通过刺穿了卷积码的。然而,为了确定保护水平,优化过程是必要的,以减少潜在的变形。这个过程依赖于量化参数(QP)和编码率为每个分区。无线信道特性也必须提前知道的编码器。然而,抛开优化搜索的计算复杂度 9),有另一个关键的区别的系统 9)和( 5),这篇论文。在[ 9)发生任何反馈,所以不可能要求额外的冗余数据。事实上,当使用穿刺卷积码( 9)(此处使用而不是rateless代码),它不可能产生额外的冗余数据。事实上,在部分讨论 3rateless信道编码有很多其他优势传统规范,除了能够动态生成额外的冗余数据。我们演示了WiMAX的方案。WiMAX的框架结构包括发送和接收子帧,使它方便立即发送一个请求额外的冗余数据。然而,对于双向对话视频服务,如视频电话,反馈通道自动可用。

摘要数据分区可以看作是一个简化形式的信噪比或质量分层( 10]。扩展的质量分层在WiMAX也适用于视频流。在[ 11),提出了自适应多播流使用的可伸缩视频编码(SVC)扩展h ( 12]。固定WiMAX信道条件监控为了改变相应的比特率。不幸的是,随后的决定JVT h / AVC标准化机构<我t一个l我c>不支持细粒度的可伸缩性(投篮)意味着它将更难应对信道波动的方式提出了( 11]。其他作品也调查了可伸缩视频结合multiconnections ( 13和与h / AVC相比 14]。然而,数据层之间的依赖性在h / SVC中等粒度的可伸缩性是一个问题。与投篮,增强层数据包可能成功地到达但无法重建如果关键照片也无法到达。此外,商业单向流动,同时联播现在有可能首选h / SVC(中概述的原因 4]。在[ 4),发现额外的开销从发送一个SVC流相比,h / AVC流意味着带宽消耗的成本超过SVC的降低存储成本一旦超过64会话发生(假设16转播溪流或视频层每个会话)。在另一个比较 15),它提出了可伸缩视频UEP不能提供任何优势h / AVC与燃灯在无线环境中,由于可伸缩视频编码的开销比单层编码。

在一个h / AVC(先进的视频编码)编解码器,当启用数据分区时,每片分为三个独立的分区,每个分区位于2型类型4网络抽象层的单位(——)。(一块是一个细分的图片或视频帧,和一个输出——作为一个虚拟的h / AVC编解码器包,作为它的网络友好的方法( 16]。)简单的解释只是一片每帧使用当前的纸。然后选择可能将每个切成三个数据分区。为纯粹intracoded视频帧,I-frames,就出现两个数据分区。然而,在无线流媒体通常避免周期性I-frames,导致数据速率增加时由于intracoding的效率低下。因此,一个IPPPP…帧编码结构(即。,oneI-frame followed by all P-frames) is used with some form of distributed intrarefresh [ 17]。然后,除了第一帧,所有切片分为三种。

在这样一个流,一个数据包轴承2型的温州市,也称为data-partition-A,包含最重要的信息,包括宏模块(MB)类型和地址、运动向量,和必要的头信息。如果任何这些帧intracoded MBs,他们的频率变换系数打包到一个3型脊髓灰质炎病毒引起温州市,也称为data-partition-B。Intracoded块模式(cbp)也包括在内,因为这些指定以紧凑形式MB内哪些块包含非零系数。类型4部分,也称为data-partition-C,携带的变换系数motion-compensated interpicture编码随着inter-CBPs MBs。这三种类型的分区,A、B和C,形式的视频比特流。随后他们每个输出为实时传输协议(RTP)的编解码器包RTP模式,分派之前互联网协议(IP) /用户数据报协议(UDP)包。(假设头压缩在一个宽带无线连接将大大减少头开销( 18从40 B平均一个或两个B。)

因为当前的评价论文使用分布式intrarefresh而不是周期性intracoded帧,延迟引起的突然派遣多个数据包形成I-frames是可以避免的。没有使用B-frames,方案不仅适用于低处理器在移动设备上,但有一个问题需要硬件实现的数据分区。然后,采用恒定码率(CBR)流媒体测试,比较不同方案之间是公平的。事实上,CBR流允许商业供应商计划存储容量和带宽利用率,花费在一些视频质量的波动。从[ 19),使用数据分区的视频流时,重要的是设置约束interprediction (CIP),另有分区b放在c不能完全独立。CIP设置时,intraprediction只能通过引用其他intracoded MBs。如果没有合适的MBs可用,那么intraprediction是不可能的。CIP防止预测参考inter-coded MBs,放在c是不再需要的信息,从而允许分区b成为独立于放在c。联合模型(JM)参考软件h / AVC, CIP实际上是设置在输入参数文件。在[ 20.]表明,即使数据分区使用,设置CIP是有效打击高丢包率。然而,每当CIP集,有一个有限的压缩效率的损失,损失的量化( 20.]。另一方面,它是不可能放在c独立的隔层不打破与h / AVC标准编解码器的兼容性。重建所有分区是分区的生存依赖,尽管该分区仍然独立于其他分区。

本文的其余部分组织如下。部分 2描述了物理和软件UEP方法。层和物理层(-)UEP避免但呆板与软件UEP比特率开销。部分 2也回顾应用程序层燃灯在无线视频流。部分 3继续考虑rateless信道编码,采用自适应的方式保留和UEP相似。与传统信道编码,rateless编码、信息数据的冗余数据比率可以动态地扩展,使其适合应用程序层的保护。然后,比较评价之前,部分 4探讨了仿真模型及其有效性。部分 5是我们比较的UEP保留数据分区的视频。部分 6总结了纸,一些对未来研究的建议。

的想法UEP分段视频比特流前采取了各种形式h / AVC编解码器标准(或称为mpeg - 4部分10)。第2部分的mpeg - 4编解码器,分区内部包只有两个分区。第一个包含标题、运动、和其他形状信息。第二个包含纹理(变换系数)与解码器内部再同步头放置在每个分区的开始。在[ 21),PHY-layer选举委员会是增强一个固定大小的一部分在每个数据包的开始。不幸的是,正如第一个mpeg - 4分区的大小可能会有所不同,有些运动矢量可以得到更少的保护。除此之外,每个网络遍历的视频流需要特殊安排这种类型的流量。最后,通过将两个分区在一个包,没有账户的解码器包损失发生时失调的风险。

为了避免这些问题,作者的 22第2部分)提出,mpeg - 4内部分区应分开包,形成两种不同的流。头需要允许分区相同的视频帧。这是现在发生在一个h / AVC编解码器;除了三个而不是两个流的形成。在[ 22),UEP第2部分被放置的每个实现mpeg - 4流在不同的通用分组无线服务(GPRS)通道,与不同的信道编码为每个流率。然而,在我们的计划我们希望应用程序层保护,除了可能存在的任何PHY-layer保护。这使得解决方案更适合端到端控制。

在[ 23播放视频),另一种方法是在分层调制青睐那些h / AVC分区包含更重要数据的重建视频帧。原因之一h / AVC数据分区被选中,而不是其他形式的分层,它不显著提高复合流的比特率。事实上,这是同样的原因,分层正交调幅(HQAM)选择而不是信道编码:它不增加比特率。然而,在扩展计划,涡轮信道编码是另外所需的无线信道条件差。该方案( 23)是灵活的,改变QAM星座象征根据所需的比特率。

HQAM不是唯一形式的PHY-layer优先级,并在 24)数据分区映射到不同的天线在空时分组编码。两段被高优先级比特(分离更多的编码)分区和低优先级位partitions-B和- c。安排的优先级不同于当前的纸,因为在此分区和- b是作为高优先级分组段。然而,这是由不同的图片来解释每个纸编码结构,也就是说,在[ 24)和当前的纸。在当前的纸,使用分布式intrarefresh MBs而不是周期性intracoded照片(I-pictures)意味着保护分区b包是很重要的,因为它们包含intracoded变换系数。

软件方法UEP可能将优先信道编码的视频与交叉跨包。(交叉是用来对抗长错误爆发在深无线通道消失了。)在优先级编码传输(PET) ( 25),平价的象征系统的代码都包含在连续的数据包高优先级段可以恢复,即使大量的数据包删除。另一方面,低优先级的领域将丢失,如果几包交叉组中删除。宠物能够细化率失真的方式( 26),但只有3个分区,这样改进当前方案的相关限制。此外,所有packet-interleaving方法的问题是增加的影响延迟当解码器等交叉组织中的所有数据包到达之前重建。

燃灯,应用程序层燃灯导致总体比特率的增加。作为回报,下次会导致收益在灵活性和能力解决的特殊需要压缩视频因时间误差传播的风险。应用程序层猛禽代码已经应用( 27一些容易出错的网络环境,因为严格的预期要求的IPTV ( 28]。在这些实现所有包都是防止擦除,而有些错误是认为在物理层保护。指定的数字视频广播(DVB)项目( 29日)可选应用程序层rateless编码,第三代合作伙伴计划(3 gpp) [ 30.]。然而,在这些标准的潜在保护水平的动态适应没有剥削。

摘要rateless编码是用来保护数据分区的视频。Rateless编码采用以自适应的方式( 5)额外的冗余数据的传输,并在需要时。但是,注意rateless代码是一个概率频道代码,在某种意义上,重建是没有保证的。猛禽编码( 8),使用,是一个系统的各种rateless代码不分享之前的高误差地板rateless代码。它也有<我nl我ne- - - - - -for米ula> O ( n ) 译码器的计算复杂性。系统的代码允许数据包没有任何错误报告给那些没有被分别处理。因此,可以加快处理分割处理成两个处理流如果使用系统的编码。

它是容易产生新的符号的能力,使rateless rateless代码。解码会成功如果任何小的概率译码器失败<我nl我ne- - - - - -for米ula> k ( 1 + ε ) 符号是成功收到,<我nl我ne- - - - - -for米ula> k 最初是源符号的数量现在和<我nl我ne- - - - - -for米ula> ε 较低比例的编码开销。在其最简单的形式,符号结合在一个异或(XOR)操作根据指定的顺序随机,低密度生成矩阵,,在这种情况下,失败的概率译码器<我nl我ne- - - - - -for米ula> ∂ = 2 - - - - - - k ε ,这对于大型<我nl我ne- - - - - -for米ula> k 接近香农极限。随机序列必须被接收,但这很容易通过推进知识序列的种子。

一般来说,完成rateless编码的编码如下。选择<我nl我ne- - - - - -for米ula> d 我 从一些分布的随机度,<我nl我ne- - - - - -for米ula> ρ d 我 = 公关 (学位<我nl我ne- - - - - -for米ula> d 我 );<我nl我ne- - - - - -for米ula> 公关 是一个给定的概率事件。选择<我nl我ne- - - - - -for米ula> d 我 随机的信息符号<我nl我ne- - - - - -for米ula> R 我 从在<我nl我ne- - - - - -for米ula> k 信息符号。这些<我nl我ne- - - - - -for米ula> R 我 符号然后xor一起产生一个新的复合符号,形成一个传输数据包的象征。因此,如果这些符号字节,所有的<我nl我ne- - - - - -for米ula> R 我 字节的位xor的所有比特随机选择的其他字节。没有必要指定选择的随机程度或随机符号如果假设(伪)随机数生成器发送方和接收方都是同步的。

处理符号译码器,如下所示。如果到达象征度大于1,这是缓冲。如果到达度一个干净的象征,那么它是xor和所有符号在编码过程中使用它。这个衰减的程度教育的每一个符号象征。当一个符号是最终减少程度,它也可用于解码过程。注意,1阶符号象征着xor的发生。还要注意,包消除通道清洁1阶符号(包)很容易建立。byte-erasures, PHY-layer选举委员会可以合理预期分离干净或清洁块符号象征。

在解码过程中,健壮的孤子分布( 31日)使用的度分布,因为这产生1阶符号在一个方便的解码速度。它也避免了孤立的符号并没有在其他地方使用。两个可协调的参数<我nl我ne- - - - - -for米ula> c 和<我nl我ne- - - - - -for米ula> δ 为形成预期的一些可用的1阶的象征。集 (1) 年代 = c ln ⁡ ( k δ ) k , 在哪里<我nl我ne- - - - - -for米ula> c 是一个常数接近1,<我nl我ne- - - - - -for米ula> δ 是一个解码失败的概率的上限来完成。现在定义 (2) τ ( d ) = 年代 k 1 d 为 d = 1 , 2 , … ( k 年代 ) - - - - - - 1 = 年代 k ln ⁡ ( 年代 δ ) 为 d = k 年代 = 0 为 d > k 年代 作为一个辅助positive-valued函数给健壮的孤子分布: (3) μ ( d ) = ρ ( d ) + τ ( d ) z , 在哪里<我nl我ne- - - - - -for米ula> z 可实现统一和由概率分布 (4) z = ∑ d ( ρ ( d ) + τ ( d ) ) 。

测试评估各种指标,尤其是视频质量燃灯和UEP替代品。就像前面提到的 3在UEP替代partitions-A和- b和rateless编码应用,形成一个段,放在c是未受保护的。每个包的冗余数据的大小( 5)是自适应地发现 (6) R = l 1 - - - - - - B l - - - - - - l , 在哪里<我nl我ne- - - - - -for米ula> l 有效载荷长度和吗<我t一个l我c>提单是字节的瞬时概率损失(一个字节内包rateless代码符号)。高达5%的零均值高斯噪声分析包括扭曲的通道估计为了占估计不准确。rateless代码信念传播译码算法有一个小的概率失败,在这种情况下,额外的冗余数据被下一个数据包。只有一个重传的WiMAX链接可以避免增加延迟。然而,作为一个重传请求可以发送返回TDD子帧,额外的延迟是局限于一个WiMAX帧传输时间,也就是说,至少5女士。因此,如果事实证明包不能被重建,尽管提供冗余数据,额外的冗余数据被添加到下一个数据包。在图 1包X是损坏,以至于它不能被重建。因此,在包<我nl我ne- - - - - -for米ula> X + 1 一些额外的冗余数据包含的水平,其失败不再是确定的。它是隐含的( 5如果不到)<我nl我ne- - - - - -for米ula> k 符号(字节)负载成功收到,然后再进一步<我nl我ne- - - - - -for米ula> k - - - - - - 米 + e 可以发送额外的冗余字节减少失败的风险。在评估的测试中,<我nl我ne- - - - - -for米ula> e 设置为4,导致8.7%的失败的风险(从( 5)在重建原始数据包,如果额外的冗余数据成功的到来。这是因为风险降低的指数衰减的风险是显而易见的( 5)和衍生出的“猛禽”代码的错误概率低地板( 47]。

看到Gilbert-Elliott信道条件的影响,参数变化产生一个贫穷的通道1和更好的通道2。的设置是CH1 = (<我nl我ne- - - - - -for米ula> PGG = 0.95 , 从 = 0.96 , PB = 0.02 , PB = 0.165 )和CH2 = (<我nl我ne- - - - - -for米ula> PGG = 0.97 , 从 = 0.94 , PB = 0.01 , PB = 0.05 )。同样,CBR数据率进行了测试在500 kbps和1 Mbps的两个视频剪辑部分 4,<我t一个l我c>足球和<我t一个l我c>巴黎。确保在分区之间独立B和C, CIP被打开,2% intra-refresh MBs随机添加到P-picture片(指节 4)。尽管可视化表示可能会更清楚地挑出一些结果,密实度的原因,因为有些数据表示不是帮助通过使用图表、演示本文是通过一组表。

随着移动视频的用户期望的增加,视频质量成为一个重要的决定因素的一个服务。本文结果表明,平等保护错误会导致几个dBs在视频质量获得不等错误保护的数据分区的视频。使用保留而不是UEP的开销是整个恒定比特率的1%左右。因此,数据分区已经带来优势的较小的数据包大小为更重要的数据和补偿的能力如果纹理数据丢失,等于错误保护是更可取的,除非有一个可用带宽的严重短缺。正如最近的趋势是走向更大的带宽容量的移动系统,然后从UEP比特率储蓄可能不再是值得追求的。

有许多未来研究的方向。部分 4所示。2提到需要测试方案与新兴HD和3 d(立体)决议,最终将迁移到宽带无线流媒体。一节还提到替代分区h / AVC的编码数据的方法,而不是标准化的不过是值得考虑的。也可以提出仍然subpartitioning分区B和C的其他方式,已被调查的作者。这些计划的优点和不同形式的分包值得调查。节 4所示。2也,提到有很多替代品intracoded MBs的插入,将各有它们对结果的影响视频质量。本文认为CBR视频但可变比特率(VBR)视频通常是首选的研究人员,因为,尽管时变数据速率和不可预知的存储需求,甚至导致一个质量。由于开环编码,它也导致了一个更简单的编解码器。特别是,CBR不适合高清视频质量变化更明显。这表明在延迟的影响成本保护方案平滑高清视频流应该调查。对VBR视频流,不同QP将对编码数据在分区之间的分布的影响。因此,QP的影响依赖于方案的鲁棒性也可以调查。