基于3DTV编解码技术的视频流传输研究

李淑华

摘 要：电视技术先后经历黑白、彩色、数字高清等发展阶段，随着科技的不断进步，立体电视逐渐成为关注的焦点。立体多视角3DTV处理系统构建及实现的关键在于对面向3DTV的立体视频编解码及传输流方法进行深入分析。本文首先介绍立体视频编码，在此基础上对立体视频压缩编码方法及立体视频流传输方法进行阐述。

关键词：立体电视，编解码技术，视频压缩编码，视频流传输

3DTV codec based video streaming technology research

Abstract: Television technology has gone through the black and white, color, digital high-definition and other stages of development, as technology progresses, the three-dimensional television has become the focus of attention. Three-dimensional multi-view 3DTV processing system is the key to build and achieve stereoscopic 3DTV-oriented video codec and methods for in-depth traffic analysis. This paper describes the three-dimensional video coding, on the basis of three-dimensional and three-dimensional video compression coding method for video streaming method described.

Keywords: three-dimensional TV, codec, video compression, video streaming

1. 前言

3DTV根据人体左右眼视差特性产生并显示立体图像，带给观众全新视觉享受。立体电视是随着科技的不断进步，电视技术发展的一大趋势，但当前仍面临一些亟待解决的问题，例如，观众视觉特性无法得到切实满足，出现错位时会造成视觉疲劳或头痛；多摄像机成本较高；立体制片程序繁杂、成本高，节目源有限等等。实时立体多视角3DTV系统构建的重点在于3DTV编解码技术及立体视频流的优化传输。

2. 立体视频编解码分析

立体视频与传统单通道视频相比，需要处理的数据量更大，在此笔者从空间、时间以及两个通道间的立体视频冗余的角度分析立体视频编解码技术；此外，压缩存储及传输立体视频数据则主要依托于运动补偿预测及视差补偿预测等技术。

MPEG-2标准中图像编码的层次结构。MPEG-2标准中图像编码码流从上而下依次分为6个层次：视频序列层(Video Sequence)、图像组层(Group of Pictures，GoP)、图像层(Picture)、宏块条层(Slice)、宏块层(Macro Block)及像块层(Block)。

除宏块层和像块层外，其他4层都有相应的起始码，解码器重新捕捉同步，以免一次不同步而丢失一组像素的数据。序列层是指构成某路节目的序列，序列起始码后的序列头中包括了图像尺寸、宽高比、图像速率等信息，序列扩展中包含了一些附加数据。为了保证能随时进行图像序列化，序列是重复发送的。图像层由图像层头部和宏块条层数据组成。图像不仅是基本编码单元，也是一个独立显示单元。图像可分为I、P、B三种类型。图像层头部中包含了图像编码的类型和时间参数信息。立体视频拍摄突出特点就是借助双目平行相机系统从两个视角拍摄一个景物，这样所得到的视频是由左通道及右通道构成，每帧图像内部的像素之间有信息冗余存在，与此同时，通道内部多帧图像之间也有信息冗余存在，在立体视频传输系统之下，借助编解码技术及压缩技术可以将此类信息冗余予以消除。当前已经具备较为成熟的单通道视频编码标准，例如MPEG-2、MPEG-4、H 264以及AVS等，在相关标准所具有的时域分级特性基础之上，实施立体视频压缩具有现实可行性。时域分级分为两层，分别是基本层及增强层，其中，基本层与立体视频左通道对应，增强层与立体视频右通道对应。建立在AVS标准基础之上的立体视频编码示意图详见图1所示。

在上图中，以AVS标准为主要依据，左通道实施简单编码，并对右通道各个图像块进行预测，预测方式主要有两种，分别是MCP及DCP，以误差较低的作为最终预测结果。

要想实现较好的立体视频编码压缩效果，单纯针对两个通道分别进行高效单通道视频编码是不够的。原因在于，立体视频编码一方面需要对各个通道帧内空间冗余度及各个图像之间的时间冗余度加以考虑，另一方面，两个通道图像相互间的空间冗余度也不能忽视，通常情况下，借助视差补偿预测法即可将其消除。笔者在此所阐述的是依托于AVS标准的立体视频压缩编码方法，详见下图所示。

3. 立体视频流传输方法

立体视频流最显著的特征就是拥有双通道，并且具有诸如高宽带、非对称性流量、高并发以及QOS保证等传统单通道流媒体所具有的特点；不仅如此，立体视频流还具有以下两方面显著特征：第一，立体视频流与传统单通道视频流相比，前者拥有更大的视频流数据量，通常情况下，比后者多近三分之一；第二，两个通道数据在重要性程度上有所区别，由于左通道数据是右通道数据解码的重要基础，再加上视频连续性因素，丢失一些右通道的数据不会给视频整体效果产生明显影响，对于观众而言，对视觉效果产生的不利影响几乎可以忽略不计，因此，需要在单通道流媒体基础之上对立体视频流传输予以适当的扩充，并且左通道数据在传输上享有优先保障。

传递流媒体内容的技术有两种，分别是CDN和P2P。其中，前者将中心内容置于网络边缘，在最近地方获取内容，这样会在一定程度上减轻中心服务器及主干网所承担的压力，以便为QOS及服务可用性提供更加有力的保障；P2P则借助用户间的协作实现对内容的获取，从而达到缓解内容发布者压力的目的，为传输质量提供可靠保证。这两种传递流媒体内容的技术既有优势，也存在一定的不足，客户服务器模式是CDN性能的一大特点，其服务能力更加可靠，服务质量更高，不足之处就是系统扩展性能较弱，对成本的要求较高；而P2P的优点在于成本相对低廉，系统扩展性较为优越，其能够提供的服务资源随着终端的增加而增加，从而为系统服务可靠性提供有力保障，不足之处主要体现为其需要占用的宽带量较大。笔者所阐述的依托于3DTV编解码技术的视频流传输方法融合了两种传递流媒体内容的技术流媒体分发技术，在P2P基础之上，引进CDN管理机制，CDN充当中心，对于用户而言，可以借助P2P客户端获得所需要的服务。

立体视频双通道传输与传统的单通道传输相比，二者最大的不同体现在P2P终端系统模型机调度算法方面。单通道流媒体P2P终端首先对视频流进行打包处理，并加注相应的标记，用户将属于自己的包置于buffer当中，并对其进行标注；再以自己拥有的包及周边用户buffer map为依据，决定从何处获取自身没有的包，这需要依赖于调度算法来实现；而立体视频具有左右两个通道，左通道视频流打包及右通道视频流打包需要分别进行，此外，需要对左通道视频及音频予以集成，一同打包。所以，对于立体视频而言，P2P终端的buffer及buffer map必须是传统单通道视频流的两倍。除此之外，立体视频流P2P终端调度算法也要进行相应的调整，并通过将左通道数据置于优先级别来彰显左通道数据的重要程度，为左通道数据传输质量提供可靠性保障。

4. 结语

电视技术发展至今，先后经历了黑白电视、彩色电视、数字高清电视等阶段，随着科技的进步，立体电视将成为今后电视技术发展的一大趋势，对于立体多视角3DTV处理系统的构建及实现而言，关键在于对面向3DTV的立体视频编解码技术及视频流传输方法进行深入分析和研究。立体视频技术在最近几年已经取得长足发展，国内在领域的研究也取得一定成绩，但立足全局，我国当前仍处于技术创新及起步阶段，研发力量不够充实，产业化基础不够扎实，在技术方面还远远落后于国外发达国家。笔者在此所介绍的依托于3DTV编解码技术的视频流传输方法是建立在DSP平台基础之上的，为今后的轻量化立体摄像机的研发创造技术条件。

参考文献

[1] 林丰.一种基于3DTV编解码技术的视频流传输方法.计算机应用研究,2011年 第09期

[2] 王明伟,王奇,杨洁,林建中.视频流传输性能的研究与分析.电视技术,2010年 第12期

[3] 王明伟,林建中,王奇.一种基于优先级区分的视频流传输控制算法.计算机技术与发展,2011年 第02期

[4] 李天昊,余松煜,殷志明.基于联合信源信道编码的视频流传输.通信技术,2002年 第01期

[5] 黎宁,郭传雄,郑少仁.视频流传输的网络质量保障.电视技术,2001年 第11期