CN110971345A - 一种改进型fec算法及其装置 - Google Patents

Abstract

发明提供了一种改进型FEC算法和装置，方法包括：对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。通过先将待传输的数据进行分组并进行每组中包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包；接收数据后，对连续编号的包媒体数据包和FEC冗余包进行验证，可以快速判断出每组内数据包的丢失情况，并选择性的对媒体包予以恢复。

Description

一种改进型FEC算法及其装置

技术领域

本发明涉及一种改进型FEC算法及其装置。

背景技术

前向纠错也叫前向纠错码(Forward Error Correction，简称FEC)，是增加数据通讯可信度的方法。在单向通讯信道中，一旦错误被发现，其接收器将无权再请求传输。FEC是利用数据进行传输冗余信息的方法，当传输中出现错误，将允许接收器再建数据。

前向纠错是一种差错控制方式，它是指信号在被送入传输信道之前预先按一定的算法进行编码处理，加入带有信号本身特征的冗码，在接收端按照相应算法对接收到的信号进行解码，从而找出在传输过程中产生的错误码并将其纠正的技术。

数字节目和模拟节目比，效果更清晰，色彩更纯净，通透性更高，画面没有杂质干扰。这都要得益于数字信号出色的抗干扰能力。在数字信号中，为了防止外界信号干扰，保护信号不变异，要进行多重的纠错码设置。数字信号在解码过程中，对错误信号十分敏感，每秒钟只要存在很小的误码，就无法正常解码。而数字卫星信号之所以能顺利播放，又是得益于数字信号中的纠错码的设置。在各种纠错码的设置中，被称做FEC的前向纠错是一个非常重要的防干扰算法。FEC降低了数字信号的误码率，提高了信号传输的可靠性。因此，在卫视接收的参数中，FEC是个非常重要的数据。

最新的WebRTC版本中有实现了ULPFEC，但是基本只能支持2％左右的丢包覆盖。在国内的公网上传环境，跨区域传输时往往要远大于2％，在视频会议中，容易出现丢包卡顿的情况。

因此，针对目前视频会议中容易出现丢包卡顿现象，急需一种新型的前向纠错方法来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进型FEC算法，以解决目前视频会议中容易出现丢包卡顿现象的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种改进型FEC算法，包括：

对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；

接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；

根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。

其中，所述对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；的步骤包括：

设定k个媒体数据包为D＝(D₁,D₂,...,D_k)，设定r个FEC冗余包C＝(C₁,C₂,...,C_r)；

待传输的数据的分组表示为Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_n)，其中Y_i＝D_i(0≤i≤k-1)，Y_j＝C_j(k≤j≤n-1)；

B为n×k维FEC生成矩阵，由单位矩阵I和矩阵G组成，则待传输的数据的预定一个组为:

其中，所述接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失编号的步骤包括：

接收传输的数据的预定组中的任意K个数据包；

根据所述预定组在接收到的数据中的位置，从对应的FEC生成的矩阵B中提取对应的行，组成一个新的k×k维矩阵B'，

其中，所述根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复；步骤包括：

通过Vandemonde矩阵来构建系数矩阵G，Vandemonde矩阵V，r×k维，,如下所示:

系数矩阵G＝V，G_ij(i＝0,1,...,r-1；j＝0,1,...,k-1)为系数矩阵的元素，C_i(i＝1,2,...,r)表示第i个冗余包，D_j(j1,2,...,k)表示第j个原始媒体数据包，根据下式生成对应的冗余包

其中，所述接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失编号的步骤之前，

发送端就同时发送原始媒体数据包和冗余FEC包；

所述接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失编号的步骤还包括：

对接收到的原始媒体数据包计算产生对比冗余包:

将所述对比冗余包与接收到的冗余FEC包做比较，得到丢失的原始媒体包的表达式：

根据丢失的原始媒体包进行恢复。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种改进型FEC算法装置，包括：

分组编号单元，其配置为，对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；

验证单元，其配置为，接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；

恢复单元，其配置为，根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。

其中，所述分组编号单元还包括：

设定k个媒体数据包为D＝(D₁,D₂,...,D_k)，设定r个FEC冗余包C＝(C₁,C₂,...,C_r)；

待传输的数据的分组表示为Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_n)，其中Y_i＝D_i(0≤i≤k-1)，Y_j＝C_j(k≤j≤n-1)；

B为n×k维FEC生成矩阵，由单位矩阵I和矩阵G组成，则待传输的数据的预定一个组为:

其中，所述验证单元还包括：

接收传输的数据的预定组中的任意K个数据包；

根据所述预定组在接收到的数据中的位置，从对应的FEC生成的矩阵B中提取对应的行，组成一个新的k×k维矩阵B'，

其中，所述恢复单元还包括：

通过Vandemonde矩阵来构建系数矩阵G，Vandemonde矩阵V，r×k维，,如下所示:

系数矩阵G＝V，G_ij(i＝0,1,...,r-1；j＝0,1,...,k-1)为系数矩阵的元素，C_i(i＝1,2,...,r)表示第i个冗余包，D_j(j1,2,...,k)表示第j个原始媒体数据包，根据下式生成对应的冗余包

其中，所述分组编号单元还包括：

发送端就同时发送原始媒体数据包和冗余FEC包；

所述恢复单元还包括：

对接收到的原始媒体数据包计算产生对比冗余包:

将所述对比冗余包与接收到的冗余FEC包做比较，得到丢失的原始媒体包的表达式：

根据丢失的原始媒体包进行恢复。

与现有技术相比，本发明的有意效果在于：

发明提供一种改进型FEC算法，包括：对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。通过先将待传输的数据进行分组并进行每组中包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包；接收数据后，对连续编号的包媒体数据包和FEC冗余包进行验证，可以快速判断出每组内数据包的丢失情况，并选择性的对媒体包予以恢复。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例中一种改进型FEC算法的流程示意图；

图2示意性示出了本发明实施例中一种改进型FEC算法装置的结构示意框图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

FEC是一种前向性纠错技术，发送方将要发送的数据加上一定的冗余纠错码一起发送，接收方则根据纠错码对接收到的数据进行差错检测，如发现差错，则由接收方进行纠错。特点是使用纠错码，单信道通信，发送方无需设置缓存，特别适合于实时音视频通信领域。

最新的WebRTC版本中有实现了ULPFEC，但是基本只能支持2％左右的丢包覆盖。在国内的公网上传环境，跨区域传输时往往要远大于2％，在视频会议中，容易出现丢包卡顿的情况。

本专利核心思想主要采用一种改进型的Vandermonde矩阵RS算法，然后基于vandermonde矩阵RS算法进行改进FEC算法。相比传统的RS算法，本专利中RS算法运算复杂度更低且解决了利用矩阵构造RS码，并且当矩阵奇异时，构造的纠错码不为RS码的问题。

本方案将需要传输的数据进行分组，每组含用k个媒体数据包和r个FEC冗余包。每组内，需要对媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号，通过编号的连续性可以判断出本组内数据包的丢失情况，并选择性的对媒体数据包予以恢复。

每个组是一个完整的独立的FEC处理单元，不同组之间无相关性。由于冗余性的存在，一个组中任意k个数据包可以用来重建k个原始媒体数据包，如果丢失数据包数小于等于r，接受者收到一个组中任意的k个数据包后，即可以通过组号信息确定丢失包的相对位置并进行FEC解码，以恢复k个原始媒体包。这里我们定义冗余包数r与原始媒体包数k的比值为FEC编码冗余度r/k，冗余度越高，抗丢包能力越强，同时传输效率也越低。

Vandemonde编解码以及改进过程：设k个原始媒体包D＝(D₁,D₂,...,D_k)，r个冗余包C＝(C₁,C₂,...,C_r)，那么传输数据包组表示为Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_n)，其中Y_i＝D_i(0≤i≤k-1)，Y_j＝C_j(k≤j≤n-1)。B为n×k维FEC生成矩阵，由单位矩阵I和矩阵G组成，则一个组可表示为如下所示:

如果以传输的数据包为对象,那么该预定的传输数据包组的前k个包就是k个被保护的媒体数据包。在接收端，如果接收者收到了该组中的任意k个媒体数据包，即可根据所收到的媒体数据包在组中的位置信息，从FEC生成的矩阵B中提取对应的行，组成一个新的k×k维矩阵B'，显然

如果B'为非奇异矩阵，那么就可以通过如下逆变得到原始数据包，完成恢复。

本方案使用Vandemonde矩阵来构建系数矩阵G。常规定义Vandemonde矩阵V，r×k维,如下所示:

系数矩阵G＝V，该矩阵元素的运算都是在有限域GF(2⁸)中进行的。G_ij(i＝0,1,...,r-1；j＝0,1,...,k-1)为系数矩阵的元素，C_i(i＝1,2,...,r)表示第i个冗余包，D_j(j1,2,...,k)表示第j个原始媒体数据包，根据下式:

上式运算是以包分割后的数据为运算单位的，模运算使用查表方式实现。例如发端使用k＝6，r＝2的冗余度模式，那么对应的系数矩阵为:

根据上面的系数矩阵，可以计算得到冗余包为:

生成冗余包C₁C₂；发送端就可以一次发送原始媒体数据包和冗余FEC包。如果发送途中原始媒体数据包D₃D₄丢失,那么接收端就可以根据收到的数据包恢复丢失的原始媒体包,具体过程如下。

由接收到的原始媒体包再次产生冗余包:

将其与接收到的冗余包做比较,就能得到丢失的原始媒体包的表达式

以下结合附图详细说明：

如图1所示，该改进型FEC算法，包括：

步骤一，对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；

步骤二，接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；

步骤三，根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。

其中，步骤一包括：

设定k个媒体数据包为D＝(D₁,D₂,...,D_k)，设定r个FEC冗余包C＝(C₁,C₂,...,C_r)；

待传输的数据的分组表示为Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_n)，其中Y_i＝D_i(0≤i≤k-1)，Y_j＝C_j(k≤j≤n-1)；

B为n×k维FEC生成矩阵，由单位矩阵I和矩阵G组成，则待传输的数据的预定一个组为:

其中，步骤二包括：

接收传输的数据的预定组中的任意K个数据包；

根据所述预定组在接收到的数据中的位置，从对应的FEC生成的矩阵B中提取对应的行，组成一个新的k×k维矩阵B'，

其中，步骤三包括：

通过Vandemonde矩阵来构建系数矩阵G，Vandemonde矩阵V，r×k维，,如下所示:

系数矩阵G＝V，G_ij(i＝0,1,...,r-1；j＝0,1,...,k-1)为系数矩阵的元素，C_i(i＝1,2,...,r)表示第i个冗余包，D_j(j1,2,...,k)表示第j个原始媒体数据包，根据下式生成对应的冗余包

其中，步骤二之前，

发送端就同时发送原始媒体数据包和冗余FEC包；

步骤二还包括：

对接收到的原始媒体数据包计算产生对比冗余包:

将所述对比冗余包与接收到的冗余FEC包做比较，得到丢失的原始媒体包的表达式：

根据丢失的原始媒体包进行恢复。

如图2所示，根据本发明的另一方面，本发明还提供一种改进型FEC算法装置，包括：

分组编号单元，其配置为，对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；

验证单元，其配置为，接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；

恢复单元，其配置为，根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。

其中，所述分组编号单元还包括：

设定k个媒体数据包为D＝(D₁,D₂,...,D_k)，设定r个FEC冗余包C＝(C₁,C₂,...,C_r)；

待传输的数据的分组表示为Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_n)，其中Y_i＝D_i(0≤i≤k-1)，Y_j＝C_j(k≤j≤n-1)；

B为n×k维FEC生成矩阵，由单位矩阵I和矩阵G组成，则待传输的数据的预定一个组为:

其中，所述验证单元还包括：

接收传输的数据的预定组中的任意K个数据包；

根据所述预定组在接收到的数据中的位置，从对应的FEC生成的矩阵B中提取对应的行，组成一个新的k×k维矩阵B'，

其中，所述恢复单元还包括：

通过Vandemonde矩阵来构建系数矩阵G，Vandemonde矩阵V，r×k维，,如下所示:

系数矩阵G＝V，G_ij(i＝0,1,...,r-1；j＝0,1,...,k-1)为系数矩阵的元素，C_i(i＝1,2,...,r)表示第i个冗余包，D_j(j1,2,...,k)表示第j个原始媒体数据包，根据下式生成对应的冗余包

其中，所述分组编号单元还包括：

发送端就同时发送原始媒体数据包和冗余FEC包；

所述恢复单元还包括：

对接收到的原始媒体数据包计算产生对比冗余包:

将所述对比冗余包与接收到的冗余FEC包做比较，得到丢失的原始媒体包的表达式：

根据丢失的原始媒体包进行恢复。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人才员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进型FEC算法，其特征在于，包括：

对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；

接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；

根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。

2.根据权利要求1所述的改进型FEC算法，其特征在于，所述对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；的步骤包括：

设定k个媒体数据包为D＝(D₁,D₂,...,D_k)，设定r个FEC冗余包C＝(C₁,C₂,...,C_r)；

待传输的数据的分组表示为Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_n)，其中Y_i＝D_i(0≤i≤k-1)，Y_j＝C_j(k≤j≤n-1)；

B为n×k维FEC生成矩阵，由单位矩阵I和矩阵G组成，则待传输的数据的预定一个组为:

3.根据权利要求2所述的改进型FEC算法，其特征在于，所述接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失编号的步骤包括：

接收传输的数据的预定组中的任意K个数据包；

根据所述预定组在接收到的数据中的位置，从对应的FEC生成的矩阵B中提取对应的行，组成一个新的k×k维矩阵B'，

4.根据权利要求3所述的改进型FEC算法，其特征在于，所述根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复；步骤包括：

通过Vandemonde矩阵来构建系数矩阵G，Vandemonde矩阵V，r×k维，,如下所示:

系数矩阵G＝V，G_ij(i＝0,1,...,r-1；j＝0,1,...,k-1)为系数矩阵的元素，C_i(i＝1,2,...,r)表示第i个冗余包，D_j(j1,2,...,k)表示第j个原始媒体数据包，根据下式生成对应的冗余包

5.根据权利要求4所述的改进型FEC算法，其特征在于，所述接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失编号的步骤之前，

发送端就同时发送原始媒体数据包和冗余FEC包；

所述接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失编号的步骤还包括：

对接收到的原始媒体数据包计算产生对比冗余包:

将所述对比冗余包与接收到的冗余FEC包做比较，得到丢失的原始媒体包的表达式：

根据丢失的原始媒体包进行恢复。

6.一种改进型FEC算法装置，其特征在于，包括：

分组编号单元，其配置为，对待传输的数据进行分组，每组均包含k个媒体数据包和r个FEC冗余包，(k为大于0的正整数，r为大于0的正整数；)并分别对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号；

验证单元，其配置为，接收传输的数据，并对所述媒体数据包和FEC冗余包进行连续性编号验证，确定丢失的编号；

恢复单元，其配置为，根据预定的规则，对丢失的编号对应的媒体数据包进行恢复。

7.根据权利要求6所述的改进型FEC算法装置，其特征在于，所述分组编号单元还包括：

设定k个媒体数据包为D＝(D₁,D₂,...,D_k)，设定r个FEC冗余包C＝(C₁,C₂,...,C_r)；

待传输的数据的分组表示为Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_n)，其中Y_i＝D_i(0≤i≤k-1)，Y_j＝C_j(k≤j≤n-1)；

B为n×k维FEC生成矩阵，由单位矩阵I和矩阵G组成，则待传输的数据的预定一个组为:

8.根据权利要求7所述的改进型FEC算法装置，其特征在于，所述验证单元还包括：

接收传输的数据的预定组中的任意K个数据包；

根据所述预定组在接收到的数据中的位置，从对应的FEC生成的矩阵B中提取对应的行，组成一个新的k×k维矩阵B'，

9.根据权利要求8所述的改进型FEC算法装置，其特征在于，所述恢复单元还包括：

通过Vandemonde矩阵来构建系数矩阵G，Vandemonde矩阵V，r×k维，,如下所示:

系数矩阵G＝V，G_ij(i＝0,1,...,r-1；j＝0,1,...,k-1)为系数矩阵的元素，C_i(i＝1,2,...,r)表示第i个冗余包，D_j(j1,2,...,k)表示第j个原始媒体数据包，根据下式生成对应的冗余包

10.根据权利要求9所述的改进型FEC算法装置，其特征在于，所述分组编号单元还包括：

发送端就同时发送原始媒体数据包和冗余FEC包；

所述恢复单元还包括：

对接收到的原始媒体数据包计算产生对比冗余包:

将所述对比冗余包与接收到的冗余FEC包做比较，得到丢失的原始媒体包的表达式：

根据丢失的原始媒体包进行恢复。

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