无线视频通信的容错技术浅析

引言：信息技术的快速发展，视频通信的高可用性已经成为研究的一个重点。无线视频通信作为一个新的通信技术，与传统技术相比具有更明显的特点，对容错技术的应用带来了新的挑战。移动通信中大部分都是采取电波来完成视频传输，但是传输环境相对恶劣，经常会造成无线传播的耗损，为保证视频传播质量，需要对容错技术的应用进行更全面的研究。本文对无线视频通信的容错技术进行了分析。

传统的视频编码主要是围绕着比特流的概念组织的，但是大部分用于传输数字视频的网络体系结构并不能完全满足比特流传输的要求，对于很多很多网络体系来说，比特流的传输一般都需要拆分为数据分组。只有在保证网络体系与视频编码器存在良好接触的基础上，才能完成视频的通信。而为了保证无线视频通信，则需要加强对容错技术的分析，降低传输过程中因为数据被损等情况造成的损耗，保证通信质量。

一、无线视频通信技术概述

在无线视频通信中，视频编码技术是关键技术之一，主要及时通过预测、变换以及统计编码等来对视频中存在的冗余信息进行消除，已达到降低传输信息中比特来表达原始视频中包含视觉信息的目标。传输视频中包含的冗余信息包括空间、时间以及统计冗余信息等几个方面，受视频接受者特点决定，还包括视觉冗余信息。面对存在的冗余信息，可以通过视频编码技术以预测编码与变化编码等来对存在的冗余信息进行消除，例如时间与空间冗余信息；通过熵编码来对其中存在的统计冗余信息进行消除。而无线通信技术的传播方式一般为多径，而此种方式恰会造成接受信号幅度、到达时间以及相位等产生随机变化，产生多径衰落，触发随机比特错误与特发比特错误，对信号传输质量造成严重影响。为了保证无线视频通信的信号传输质量，必须要针对问题出现的原因，采取相应的措施进行解决。一般情况下会采用各种抗误码技术，来降低比随机比特错误与突发比特错误情况的发生。为了能够有效解决视频容错传输，可以采取前向纠错编码以及支持差错复原的视频压缩容错传输来进行解决。

H.264编码器在无线视频信息传输中的应用，可以有效的改善易差错信道的视频容错传输问题。在无线网传输环境下，主要是要保证网络环境能够与H.264编码器具有良好的匹配度，达到无线移动信道视频的容错传输。

二、无线视频通信中容错技术应用分析

容错即在受到某些因素影响下，而导致数据、信息、文件等出现损坏或者丢失的情况，系统能够自动将被损坏或者丢失的文件与数据恢复到原有状态，确保系统能够正常运行。容错技术即通过冗余硬件进行交叉检测，随着技术的快速发展在处理器速度不断加快的背景下，容错技术的应用逐渐转向软件中。

（一）错误隐藏技术

错误隐藏技术即通过对接收到的数据来完成对丢失数据的恢复，一般会选择在解码器端进行应用。基于无线网路特点，在此环境中误码率更高，很多RTR包在传输过程中会被路由器以及网关等丢弃，这样解码器就尤为重要，想要恢复丢失的数据，必须要通过解码器根据空间与时间的相关性来完成。错误隐藏技术的使用方法众多，例如在JVT参考然软件中，以空间相关性的方式，利用丢失宏块周围4个宏块来完成丢失数据的复原，与其他方式相比具有计算简单的优点[1]。

（二）帧内编码块刷新

帧内编码对时间上相邻帧的数据依赖性比较小，因此通过帧内编码块可以有效解决由于包丢失或者是帧丢失而造成的错误传播问题。在视频通信中对话式视频往往对实时性的要求比较高，并且1帧刷新的频率比较低，针对此项特点，可以通过帧内编码块来部分代替1帧的作用。例如H.264/AVC提供了两种帧内编码快刷新模式，一种为随机模式，即用户可以实现对帧内编码块数目的选择，并且通过编码器以随机的方式来确定宏块实行帧内编码的具体位置；而另一种为行刷新模式，即编码器在图像中依次选择一行进行帧内编码，受图像分辨率影响，最终所需的帧内编码块数量并不完全相同[2]。

（三）宏块排序

选择FMO技术来完成无线视频通信，主要是通过片组来完成，片组由一个或者是多个片组合而成，通常每个片中都会包括一系列的宏块。选择此种方式对无线视频进行编码，可以有效降低因信道传输而产生的错误的分散。在具体利用上主要是帧图中宏块可以组成一个或者几个片组，并且每一个片组进行单独传输，如果其中一个片组丢失，可以及时通过临近的正常接收到的另一片组中的宏块来完成错误的覆盖。其中片组的组成方式并不是固定不变的，主要是根据实际情况来确定，主要包括矩形方式或者是有规则的分散方式，甚至也可以采取完全随机的分散方式。FMO技术在无线视频信息传输中的应用，可以有效提高码流的容错能力，但是同时也会在一定程度上降低编码效率，并会加大编码延迟时间。

（四）冗余片

选择应用H.264编码器除了可以对片内的宏块进行一次编码外，同时还能够通过不同的编码参数对同一个宏块进行一次或者多次的编码，生成冗余片，并且冗余片内所包含的信息，也将会被编码到同一个视频流中。在无线视频通信过程中，如果主片能够正常运行，则解码器会丢弃冗余片，反之如果主片丢失，则可以通过冗余片来实现重构质量的目的。

（五）参数集

在H.264标准中，将序列层与图像层取消了，并且将原本属于序列与图像头部的大部分句法元素分离出来形成序列参数集SPS以及图像参数集PPS。序列参数集包括了与一个图像相关的所有信息，包括编码所用档次与级别，以及图像大小等，主要应用于视频序列[3]。其中图像参数集包含了一个图像所有片的信息，例如FOM、嫡编码方法以及宏块到片组的映射方式等。在解码器对多个不同序列参数集与图像参数集接受完全后，一般会将其储存在已编码的不同位置，而解码器则依据每个已编码片片头的存储位置来选择最为合适的图像参数集应用。

结束语

通信技术的快速发展，在无线移动环境下，更多的多媒体通信业务得到了进一步开发。受无线网络运行特点影响，对视频通信技术的实现提出了更大的挑战，在信息传输过程中更容易受到干扰，造成传输的损耗。为了保证视频信息的正常传输，则需要跟进一步的对容错技术进行分析。

参考文献

[1]马彦卓.结合应用层抗误码工具的无线视频传输技术研究[D].西安电子科技大学.2010（48）：59-60.

[2]崔玉斌.基于H.264/AVC的无线视频通信系统关键技术研究[D].北京邮电大学.2014（26）：32-33.

[3]李榕.无线信道中的低码率视频编码关键技术研究[D].华中科技大学.2010（12）：26-27.

（作者单位：广州市公共安全研究所）

作者简介

廖宇辉（1978-），男，广东化州人，学历：本科，研究方向：电子技术。