CN113890687A - 一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法与装置，包括音频采集模块，音频条带分组模块，纠删码编码模块，纠错码编码模块，网络传输模块，网络接收模块，带宽估计模块，纠错码恢复模块，纠删码恢复模块，恢复率估计模块，冗余策略模块，音频播放模块，所述音频条带分组模块进行音频压缩流按照20毫秒时间进行的音频分片。本发明公开的基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法与装置具有根据网络带宽与丢包的情况，可自动调整纠错码与纠删码比例，兼顾纠错码计算量小与纠删码恢复能强优势，减少设备计算量，降低功耗，同有时兼顾音频包恢复率的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法与装置。
背景技术
ECC（ErrorCorrectionCode，纠错码）是存储设备中一种常用的容错机制。存储设备向存储介质中写入一页用户数据时，同时为该页数据生成若干位的纠错码。纠错码与用户数据一同保存在存储介质中。响应上层应用的读请求时，存储设备将上层应用请求的用户数据以及对应的纠错码同时从存储介质中取出，并利用纠错码检测和纠正用户数据中出现的位错误，从而保证用户数据完整可靠。
纠删码（ErasureCode）是一种常用于系统级的容错机制，它主要通过保存大量的冗余数据保证数据可靠性。对于抽象为（n,k）二元组的纠删码，当响应上层应用的写请求时，它根据n份用户数据生成k份冗余数据，这n+k份数据大小一致，被同时写到存储系统中。
纠错码基于异或位运算，一般应用于传输可靠性；优点编码与解码基于位运算，计算量小；缺点是N+M冗余模型中，丢失小于等于M包时，不能保证100%恢复。纠删码基于乘除数学运算，一般应用数据存储；优点是N+M冗余模型中，即使丢失M包，也可以保证100%恢复；缺点编码与解码基于乘数运算，计算量，目前还缺少一种方法可以结合两者优点。
发明内容
本发明公开一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法与装置，旨在解决背景技术中的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，包括音频采集模块，音频条带分组模块，纠删码编码模块，纠错码编码模块，网络传输模块，网络接收模块，带宽估计模块，纠错码恢复模块，纠删码恢复模块，恢复率估计模块，冗余策略模块，音频播放模块，所述音频采集模块：采集真实世界声音数据，进行音频压缩编码，生成音频压缩流,发送给音频数据分组模块；所述且音频条带分组模块进行音频压缩流按照20毫秒时间进行的音频分片，所述音频条带分组模块对音频分片按照分组大小G来进行分组，且音频条带分组模块的分片进行从大小编号，每个分片组号为分片编号除以分组大小G取整数,组内序号为编码对分组大小G取余数，这个组号相同G个分片为一组，音频条带分组模块按照条带大小N来进行分组进行条带二次切片，条带组号为分片组号除以条带大小N取整数，条带序号为分片组号对条带大小N取余数，条带分组数据有G个条带，每个条带有N的分片，这些分片有相同的条带组号与组内序号与连续条带序号，所述音频条带分组模块把分组条带音频分片发送给纠错码编码模块，所述纠错码编码模块负责对条带分组数据中的每个分组进行纠错码编码生成,且纠错码编码模块接收冗余策略模块的纠错冗余数T，所述纠错码编码模块生成T个位长度为G掩码，掩码生成方法,掩码的每一位都使用随机算法选择0或1，且纠错码编码模块对条带分组数据的分组分别生成每个掩码生成纠错码，分片的组内序号对应掩码的位为1时，该分片参与纠错码生成，参与的分片全部参与异或计算得到该分组与该掩码的纠错分片，所述纠错码编码模块把掩码放入纠错分片，且纠错码编码模块把分组条带音频分片与纠错分片发送纠删码编码模块。
在一个优选的方案中，所述冗余策略模块接收恢复率估计模块的恢复执行欠载，恢复执行正常，恢复执行过载，且冗余策略模块接收带宽估计模块带宽过载与带宽正常，所述冗余策略模块初始设置纠错冗余数T与纠删冗余数M，当接收恢复执行欠载时，即没有丢包或纠错恢复可完全恢复丢包，优先降低纠删冗余数M（每次降低1），减少前端设备计算量，减少功耗开销，当纠删冗余数M为零时，则降低纠错冗余数T，当降低于最低冗余阀值，则停止降低纠错冗余数T，让纠错码恢复模块有一定的随机丢包恢复能力；
所述冗余策略模块接收恢复执行正常，不做处理，冗余策略模块接收恢复执行过载，优先增大纠错冗余数T（每次增加1），使用计算量偏小纠错分片，来增加恢复率，当纠错冗余数T大于纠错最大阀值时,则说明纠错恢复效果不佳，则增加纠删冗余数M，当纠删冗余数M大于纠删最大阀值,则停止增加，避免纠错与纠删数据过多占用带宽，所述冗余策略模块接收带宽过载，则优先降低恢复能力弱的纠错冗余数T，当纠错冗余数T为零时，则降低纠删冗余数M，当降低于最低冗余阀值，则停止纠删冗余数M，让恢复能力强大纠删码恢复模块保留丢包恢复能力；
所述冗余策略模块把调整后纠错冗余数T发送给纠错码编码模块，冗余策略模块把调整后纠删冗余数M发送给纠删码编码模块，所述音频播放模块接到纠删码恢复模块的音频分片时进行音频解码播放声音。
一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法，具体包括以下步骤：
S1：音频采集模块采集真实世界声音数据，进行音频压缩编码，生成音频压缩流,发送给音频数据分组模块；
S2：音频条带分组模块进行条带分组处理；
S3.纠错码编码模块负责对条带分组数据中的每个分组进行纠错码编码生成；
S4纠删码编码模块接受纠错码编码模块的分组条带音频分片与纠错分片；
S5.网络传输模块发送分片数据；
S6.网络接收模块接收网络传输模块的分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片；
S7.带宽估计模块进行带宽过载估计；
S8.纠错码恢复模块使用位异或计算计算量少，优先用于恢复丢失音频分片；
S9.纠删码恢复模块恢复丢包数据；
S10.恢复率估计模块检测纠错与纠删的恢复效果，通知冗余策略模块；
S11.冗余策略模块根据带宽与恢复率调整纠错冗余数与纠删冗余数，达到最佳恢复率；
S12.音频播放模块接到纠删码恢复模块的音频分片，进行音频解码播放声音。
由上可知，一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，包括音频采集模块，音频条带分组模块，纠删码编码模块，纠错码编码模块，网络传输模块，网络接收模块，带宽估计模块，纠错码恢复模块，纠删码恢复模块，恢复率估计模块，冗余策略模块，音频播放模块。本发明提供的基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法与装置具有根据网络带宽与丢包的情况，可自动调整纠错码与纠删码比例，兼顾纠错码计算量小与纠删码恢复能强优势，减少设备计算量，降低功耗，同有时兼顾音频包恢复率的技术效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置的结构示意图。
图2为本发明提出的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，包括音频采集模块1，音频条带分组模块2，纠删码编码模块4，纠错码编码模块3，网络传输模块6，网络接收模块7，带宽估计模块8，纠错码恢复模块9，纠删码恢复模块10，恢复率估计模块11，冗余策略模块12和音频播放模块13，音频采集模块1：采集真实世界声音数据，进行音频压缩编码，生成音频压缩流,发送给音频数据分组模块2；且音频条带分组模块2进行音频压缩流按照20毫秒时间进行的音频分片，音频条带分组模块2对音频分片按照分组大小G来进行分组，且音频条带分组模块2的分片进行从大小编号，每个分片组号为分片编号除以分组大小G取整数,组内序号为编码对分组大小G取余数，这个组号相同G个分片为一组，音频条带分组模块2按照条带大小N来进行分组进行条带二次切片，条带组号为分片组号除以条带大小N取整数，条带序号为分片组号对条带大小N取余数，条带分组数据有G个条带，每个条带有N的分片，这些分片有相同的条带组号与组内序号与连续条带序号，音频条带分组模块2把分组条带音频分片发送给纠错码编码模块3，纠错码编码模块3负责对条带分组数据中的每个分组进行纠错码编码生成,且纠错码编码模块3接收冗余策略模块12的纠错冗余数T，纠错码编码模块3生成T个位长度为G掩码，掩码生成方法,掩码的每一位都使用随机算法选择0或1，且纠错码编码模块3对条带分组数据的分组分别生成每个掩码生成纠错码，分片的组内序号对应掩码的位为1时，该分片参与纠错码生成，参与的分片全部参与异或计算得到该分组与该掩码的纠错分片，纠错码编码模块3把掩码放入纠错分片，且纠错码编码模块3把分组条带音频分片与纠错分片发送纠删码编码模块4。
参照图1，在一个优选的实施方式中，接收纠删码编码模块4接受分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片，网络传输模块6把所有分片数据都进行递增分片编号，用于网络接收模块7的丢包率计算，网络传输模块6的分组条带音频分片的音频分片再进行递增音频编号，拥有网络接收模块7发现分组条带音频分片丢失。
参照图1，在一个优选的实施方式中，网络接收模块7用来接收网络传输模块6的分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片，且网络接收模块7接收分片编号不连续，缺少分片编号为丢失分片，网络接收模块7计算丢失的分片数，按照一个分组条带周期（G*N*20毫秒），即按照每个分组条带的丢包率，丢失的分片数除一个分组条带的音频分片与纠错分片与纠删分片数，得到丢包率，上报給向带宽估计模块8，网络接收模块7发现分组条带音频分片的音频编号不连续时，缺少音频编号为丢失音频分片序号，网络接收模块7把丢失音频分片序号通知纠错码恢复模块9的音频分片恢复，并把分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片发送纠错码恢复模块9。
参照图1，在一个优选的实施方式中，带宽估计模块8接收到网络接收模块7的丢包率，且带宽估计模块8对丢包率卡尔曼滤波去噪声，带宽估计模块8避免偶发网络异常对带宽估计影响，且带宽估计模块8根据丢包率对卡尔曼滤波得到丢包率的估计值，带宽估计模块8判断丢包率的估计值是否大于阀值T，当大于等于阀值T时则通知冗余策略模块12带宽过载，当小于阀值T时通知冗余策略模块12的带宽正常。
参照图1，在一个优选的实施方式中，纠错码恢复模块9使用位异或计算计算量少，优先用于恢复丢失音频分片，且纠错码恢复模块9接收网络接收模块7的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片，纠错码恢复模块9把丢失音频分片序号除以分组大小G得到分片组号，根据分片组号获取该组的音频分片与纠错分片；
纠错码恢复模块9把丢失音频分片序号对分组大小G取余数得到组内丢包序号，且纠错码恢复模块9接收的纠错分片获取G比特长度的掩码，当组内丢包序号对应掩码位置为1时，掩码其他位为1的音频分片没有丢失则进行进行恢复，纠错码与其他的位掩码其他位为1的所有音频分片进行异或操作，得到丢失音频分片，当恢复一个音频分片，纠错码恢复模块9用恢复音频分片与其他纠错分片其他丢失音频分片恢复；
纠错码恢复模块9把不能恢复的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠删分片发送给纠删码恢复模块10进行高计算量纠删恢复，纠错码恢复模块9把不能恢复的丢失音频分片序号做为不能恢复丢包，一个分组条带（分组大小G*条带大小N）中，不能恢复丢包数除以一个分组条带的音频分片包数，为纠错不能恢复率，纠错码恢复模块9把纠错不能恢复率发送给恢复率估计模块11，纠错码恢复模块9接收到纠删码恢复模块10的丢失音频分片，纠错码恢复模块9用恢复音频分片与其他纠错分片其他丢失音频分片恢复。
参照图1，在一个优选的实施方式中，纠删码恢复模块10：纠错码恢复模块9使用乘除解决多元方程式恢复丢包数据，计算量大，在纠错码恢复模块9不能恢复丢失音频分片使用；
纠删码恢复模块10接到纠错码恢复模块9的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠删分片，纠删码恢复模块10把丢失音频分片序号除以分组大小G得到分片组号，纠删码恢复模块10把丢失音频分片序号对分组大小G取余数得到组内丢包序号，纠删码恢复模块10分片组号除以条带大小N取整数得到条带组号，纠删码恢复模块10对条带组号使用条带大小得到条带丢包序号；纠删码恢复模块10根据条带组号与组内丢包序号找到，纠删分片与分组条带音频分片，判断条带丢包序号丢包数与纠删分片的数量大小；
当条带丢包序号丢包数数量小于等于纠删分片的数量时进行纠删码恢复流流程，否则进行则丢失音频分片序号为不能恢复丢包，不能恢复丢包数除以一个分组条带的音频分片包数，为纠删不能恢复率，纠删码恢复模块10把纠删不能恢复率发送给恢复率估计模块11纠删码恢复模块10当纠删分片的数量数量大于丢包序号丢包数数量（Q个丢包音频分片）可以恢复，从纠删分片挑选Q个纠删分片，组成音频分片与纠删分片（Q个纠删分片）混合的N个混合分片，通过根据这个N个分片向量求解方程,从N*M编码矩阵计算除N*Q逆矩阵，N*Q逆矩阵乘以N个混合分片得到丢失音频分片包，纠删码恢复模块10把音频分片包发送給音频播放模块13。
参照图1，在一个优选的实施方式中，恢复率估计模块11检测纠错与纠删的恢复效果，通知冗余策略模块12，恢复率估计模块11接收纠错码恢复模块9的纠错不能恢复率,且恢复率估计模块11接收纠删码恢复模块10的纠删不能恢复率，恢复率估计模块11分别对纠错不能恢复率与纠删不能恢复率与进行卡尔曼滤波，去除少量突发波动，分别得到纠错不能恢复率估计值与纠删不能恢复率估计值；
当纠错不能恢复率估计值为0时，则通知冗余策略模块12恢复执行欠载；当纠错不能恢复率估计值非零时，而纠删不能恢复率为零，则通知冗余策略模块12恢复执行正常；当纠删不能恢复率为非零时，则通知冗余策略模块12恢复执行过载。
参照图1，在一个优选的实施方式中，冗余策略模块12接收恢复率估计模块11的恢复执行欠载，恢复执行正常，恢复执行过载，且冗余策略模块12接收带宽估计模块8带宽过载与带宽正常，冗余策略模块12初始设置纠错冗余数T与纠删冗余数M，当接收恢复执行欠载时，即没有丢包或纠错恢复可完全恢复丢包，优先降低纠删冗余数M（每次降低1），减少前端设备计算量，减少功耗开销，当纠删冗余数M为零时，则降低纠错冗余数T，当降低于最低冗余阀值，则停止降低纠错冗余数T，让纠错码恢复模块9有一定的随机丢包恢复能力；
冗余策略模块12接收恢复执行正常，不做处理，冗余策略模块12接收恢复执行过载，优先增大纠错冗余数T（每次增加1），使用计算量偏小纠错分片，来增加恢复率，当纠错冗余数T大于纠错最大阀值时,则说明纠错恢复效果不佳，则增加纠删冗余数M，当纠删冗余数M大于纠删最大阀值,则停止增加，避免纠错与纠删数据过多占用带宽，冗余策略模块12接收带宽过载，则优先降低恢复能力弱的纠错冗余数T，当纠错冗余数T为零时，则降低纠删冗余数M，当降低于最低冗余阀值，则停止纠删冗余数M，让恢复能力强大纠删码恢复模块10保留丢包恢复能力；
冗余策略模块12把调整后纠错冗余数T发送给纠错码编码模块3，冗余策略模块12把调整后纠删冗余数M发送给纠删码编码模块4，音频播放模块13接到纠删码恢复模块10的音频分片时进行音频解码播放声音。
参照图2，一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法，应用于1-8的基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，具体包括以下步骤：
S1：音频采集模块1采集真实世界声音数据，进行音频压缩编码，生成音频压缩流,发送给音频数据分组模块2；
S2：音频条带分组模块2进行条带分组处理；
S3.纠错码编码模块3负责对条带分组数据中的每个分组进行纠错码编码生成；
S4纠删码编码模块4接受纠错码编码模块3的分组条带音频分片与纠错分片；
S5.网络传输模块6发送分片数据；
S6.网络接收模块7接收网络传输模块6的分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片；
S7.带宽估计模块8进行带宽过载估计；
S8.纠错码恢复模块9使用位异或计算计算量少，优先用于恢复丢失音频分片；
S9.纠删码恢复模块10恢复丢包数据；
S10.恢复率估计模块11检测纠错与纠删的恢复效果，通知冗余策略模块12；
S11.冗余策略模块12根据带宽与恢复率调整纠错冗余数与纠删冗余数，达到最佳恢复率；
S12.音频播放模块13接到纠删码恢复模块10的音频分片，进行音频解码播放声音。
参照图2，在一个优选的实施例中，所述S2步骤具体还包括以下步骤：
S2.1音频条带分组模块（2）进行音频压缩流按照20毫秒时间进行的音频分片；
S2.2音频条带分组模块（2）对音频分片按照分组大小G来进行分组，音频条带分组模块（2）的分片进行从大小编号，每个分片组号为分片编号除以分组大小G取整数,组内序号为编码对分组大小G取余数，这个组号相同G个分片为一组；
S2.3音频条带分组模块（2）按照条带大小N来进行分组进行条带二次切片，条带组号为分片组号除以条带大小N取整数，条带序号为分片组号对条带大小N取余数，条带分组数据有G个条带，每个条带有N的分片，这些分片有相同的条带组号与组内序号与连续条带序号；
S2.4音频条带分组模块（2）把分组条带音频分片发送给纠错码编码模块（3）；
所述S3步骤具体还包括以下步骤：
S3.1纠错码编码模块（3）接收冗余策略模块（12）的纠错冗余数T；
S3.2纠错码编码模块（3）生成T个位长度为G掩码，掩码生成方法,掩码的每一位都使用随机算法选择0或1；
S3.3纠错码编码模块（3）对条带分组数据的分组分别生成每个掩码生成纠错码，分片的组内序号对应掩码的位为1时，该分片参与纠错码生成，参与的分片全部参与异或计算得到该分组与该掩码的纠错分片，纠错码编码模块（3）把掩码放入纠错分片；
S3.4纠错码编码模块（3）把分组条带音频分片与纠错分片发送纠删码编码模块（4）；
所述S4步骤具体还包括以下步骤：
S4.1纠删码编码模块（4）从分组条带音频分片取出G组条带数据，每组条带的N的音频分片分别生成纠删码；
S4.2纠删码编码模块（4）接收冗余策略模块（12）的纠删冗余数M；
S4.3纠删码编码模块（4）根据纠删冗余数M生成N*M范德蒙矩阵，矩阵的i行j列的值为i的j次方，0的0次方按1计算；
S4.4纠删码编码模块（4）把G*M矩阵乘以每一个条带的逐字节取出N个音频数据，N个音频数据乘以N*M范德蒙矩阵得到M个纠删码，一个条带字节处理完最终得到该条带最终纠删分片；
S4.5纠删码编码模块（4）对G组条带数据，得到每个分组条带音频分片的纠删分片；
S4.6纠删码编码模块（4）把分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片发送网络传输模块（6）；
所述S5步骤还包括以下具体步骤：
S5.1网络传输模块（6）接收纠删码编码模块（4）接受分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片；
S5.2网络传输模块（6）把所有分片数据都进行递增分片编号，用于网络接收模块（7）的丢包率计算；
S5.3网络传输模块（6）的分组条带音频分片的音频分片再进行递增音频编号，拥有网络接收模块（7）发现分组条带音频分片丢失；
所述S6步骤中具体包括以下步骤：
S6.1网络接收模块（7）接收分片编号不连续，缺少分片编号为丢失分片，网络接收模块（7）计算丢失的分片数，按照一个分组条带周期，即按照每个分组条带的丢包率，丢失的分片数除一个分组条带的音频分片与纠错分片与纠删分片数，得到丢包率，上报給向带宽估计模块（8）；
S6.2网络接收模块（7）发现分组条带音频分片的音频编号不连续时，缺少音频编号为丢失音频分片序号，网络接收模块（7）把丢失音频分片序号通知纠错码恢复模块（9）的音频分片恢复，并把分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片发送纠错码恢复模块（9）；
所述S7具体包括以下步骤：
S7.1带宽估计模块（8）接收到网络接收模块（7）的丢包率，带宽估计模块（8）对丢包率卡尔曼滤波去噪声；
S7.2带宽估计模块（8）根据丢包率对卡尔曼滤波得到丢包率的估计值，带宽估计模块（8）判断丢包率的估计值是否大于阀值T，当大于等于阀值T时则通知冗余策略模块（12）带宽过载，否则通知冗余策略模块（12）的带宽正常；
所述S8具体包括以下步骤：
S8.1纠错码恢复模块（9）接收网络接收模块（7）的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片；
S8.2纠错码恢复模块（9）把丢失音频分片序号除以分组大小G得到分片组号，根据分片组号获取该组的音频分片与纠错分片；
S8.3纠错码恢复模块（9）把丢失音频分片序号对分组大小G取余数得到组内丢包序号；
S8.4纠错码恢复模块（9）接收的纠错分片获取G比特长度的掩码，当组内丢包序号对应掩码位置为1时，掩码其他位为1的音频分片没有丢失则进行进行恢复，纠错码与其他的位掩码其他位为1的所有音频分片进行异或操作，得到丢失音频分片；
S8.5当恢复一个音频分片，纠错码恢复模块（9）用恢复音频分片与其他纠错分片其他丢失音频分片恢复；
S8.6纠错码恢复模块（9）把不能恢复的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠删分片发送给纠删码恢复模块（10）进行高计算量纠删恢复；
S8.7纠错码恢复模块（9）把不能恢复的丢失音频分片序号做为不能恢复丢包，一个分组条带中，不能恢复丢包数除以一个分组条带的音频分片包数，为纠错不能恢复率，纠错码恢复模块（9）把纠错不能恢复率发送给恢复率估计模块（11）；
S8.8纠错码恢复模块（9）接收到纠删码恢复模块（10）的丢失音频分片，纠错码恢复模块（9）用恢复音频分片与其他纠错分片其他丢失音频分片恢复；
所述S9具体包括以下步骤：
S9.1纠错码恢复模块（9）使用乘除解决多元方程式恢复丢包数据，计算量大，在纠错码恢复模块（9）不能恢复丢失音频分片使用；
S9.2纠删码恢复模块（10）接到纠错码恢复模块（9）的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠删分片；
S9.3纠删码恢复模块（10）把丢失音频分片序号除以分组大小G得到分片组号，纠删码恢复模块（10）把丢失音频分片序号对分组大小G取余数得到组内丢包序号；
S9.4纠删码恢复模块（10）分片组号除以条带大小N取整数得到条带组号，纠删码恢复模块（10）对条带组号使用条带大小得到条带丢包序号；
S9.5纠删码恢复模块（10）根据条带组号与组内丢包序号找到，纠删分片与分组条带音频分片，判断条带丢包序号丢包数与纠删分片的数量大小；当条带丢包序号丢包数数量小于等于纠删分片的数量时，进行纠删码恢复流流程；
S9.6条带丢包序号丢包数数量大于纠删分片的数量否则则丢失音频分片序号为不能恢复丢包，不能恢复丢包数除以一个分组条带的音频分片包数，为纠删不能恢复率，纠删码恢复模块（10）把纠删不能恢复率发送给恢复率估计模块（11）；
S9.7纠删码恢复模块（10）当纠删分片的数量数量大于丢包序号丢包数数量（Q个丢包音频分片）可以恢复，从纠删分片挑选Q个纠删分片，组成音频分片与纠删分片混合的N个混合分片，通过根据这个N个分片向量求解方程,从N*M编码矩阵计算除N*Q逆矩阵，N*Q逆矩阵乘以N个混合分片得到丢失音频分片包；
S9.8纠删码恢复模块（10）把音频分片包发送給音频播放模块（13）；
所述S10具体包括以下步骤：
S10.1恢复率估计模块（11）接收纠错码恢复模块（9）的纠错不能恢复率,恢复率估计模块（11）接收纠删码恢复模块（10）的纠删不能恢复率；
S10.2恢复率估计模块（11）分别对纠错不能恢复率与纠删不能恢复率与进行卡尔曼滤波，去除少量突发波动，分别得到纠错不能恢复率估计值与纠删不能恢复率估计值；
S10.3恢复率估计模块（11）判断纠错不能恢复率估计值为0，则通知冗余策略模块（12）恢复执行欠载；
S10.4恢复率估计模块（11）判断当纠错不能恢复率估计值非零时，而纠删不能恢复率为零时，则通知冗余策略模块（12）恢复执行正常；
S10.5恢复率估计模块（11）判断纠删不能恢复率为非零，则通知冗余策略模块（12）恢复执行过载；
所述S11具体包括以下步骤：
S11.1冗余策略模块（12）接收恢复率估计模块（11）的恢复执行欠载，恢复执行正常，恢复执行过载，冗余策略模块（12）接收带宽估计模块（8）带宽过载与带宽正常；
S11.2冗余策略模块（12）初始设置纠错冗余数T与纠删冗余数M；
S11.2冗余策略模块（12）当接收恢复执行欠载时，即没有丢包或纠错恢复可完全恢复丢包，优先降低纠删冗余数M（每次降低1），减少前端设备计算量，减少功耗开销，当纠删冗余数M为零时，则降低纠错冗余数T，当降低于最低冗余阀值，则停止降低纠错冗余数T，让纠错码恢复模块（9）有一定的随机丢包恢复能力；
S11.3冗余策略模块（12）接收恢复执行正常，不做处理；
S11.4冗余策略模块（12）接收恢复执行过载，优先增大纠错冗余数T（每次增加1），使用计算量偏小纠错分片，来增加恢复率；
S11.5冗余策略模块（12）接收带宽过载，则优先降低恢复能力弱的纠错冗余数T，当纠错冗余数T为零时，则降低纠删冗余数M，当降低于最低冗余阀值，则停止纠删冗余数M，让恢复能力强大纠删码恢复模块（10）保留丢包恢复能力；
S11.6冗余策略模块（12）把调整后纠错冗余数T发送给纠错码编码模块（3），冗余策略模块（12）把调整后纠删冗余数M发送给纠删码编码模块（4）。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，包括音频采集模块（1）、音频条带分组模块（2）、纠删码编码模块（4）、纠错码编码模块（3）、网络传输模块（6）、网络接收模块（7）、带宽估计模块（8）、纠错码恢复模块（9）、纠删码恢复模块（10）、恢复率估计模块（11）、冗余策略模块（12）和音频播放模块（13），其特征在于，所述音频条带分组模块（2）进行音频压缩流按照20毫秒时间进行的音频分片，所述音频条带分组模块（2）把分组条带音频分片发送给纠错码编码模块（3），所述纠错码编码模块（3）负责对条带分组数据中的每个分组进行纠错码编码生成,所述纠错码编码模块（3）把掩码放入纠错分片，且纠错码编码模块（3）把分组条带音频分片与纠错分片发送纠删码编码模块（4）。
2.根据权利要求1所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，所述接收纠删码编码模块（4）接受分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片，所述网络传输模块（6）把所有分片数据都进行递增分片编号，用于网络接收模块（7）的丢包率计算。
3.根据权利要求2所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，所述网络接收模块（7）用来接收网络传输模块（6）的分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片，且网络接收模块（7）用于计算丢失的分片数，所述网络接收模块（7）把丢失音频分片序号通知纠错码恢复模块（9）的音频分片恢复，并把分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片发送纠错码恢复模块（9）。
4.根据权利要求3所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，所述带宽估计模块（8）接收到网络接收模块（7）的丢包率，且带宽估计模块（8）对丢包率卡尔曼滤波去噪声，所述带宽估计模块（8）根据丢包率对卡尔曼滤波得到丢包率的估计值，所述带宽估计模块（8）判断丢包率的估计值是否大于阀值T。
5.根据权利要求4所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，所述纠错码恢复模块（9）使用位异或计算计算量少，优先用于恢复丢失音频分片，且纠错码恢复模块（9）接收网络接收模块（7）的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片，所述纠错码恢复模块（9）把丢失音频分片序号除以分组大小G得到分片组号，根据分片组号获取该组的音频分片与纠错分片。
6.根据权利要求5所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，所述纠错码恢复模块（9）接收到纠删码恢复模块（10）的丢失音频分片，纠错码恢复模块（9）用恢复音频分片与其他纠错分片其他丢失音频分片恢复。
7.根据权利要求6所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，所述恢复率估计模块（11）检测纠错与纠删的恢复效果并通知冗余策略模块（12），所述恢复率估计模块（11）接收纠错码恢复模块（9）的纠错不能恢复率,且恢复率估计模块（11）接收纠删码恢复模块（10）的纠删不能恢复率。
8.根据权利要求7所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，所述冗余策略模块（12）用于接收恢复率估计模块（11）的恢复执行欠载且冗余策略模块（12）接收带宽估计模块（8）带宽过载与带宽正常。
9.一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法，应用于1-8所述的基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输装置，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：音频采集模块（1）采集真实世界声音数据，进行音频压缩编码，生成音频压缩流,发送给音频数据分组模块（2）；
S2：音频条带分组模块（2）进行条带分组处理；
S3.纠错码编码模块（3）负责对条带分组数据中的每个分组进行纠错码编码生成；
S4纠删码编码模块（4）接受纠错码编码模块（3）的分组条带音频分片与纠错分片；
S5.网络传输模块（6）发送分片数据；
S6.网络接收模块（7）接收网络传输模块（6）的分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片；
S7.带宽估计模块（8）进行带宽过载估计；
S8.纠错码恢复模块（9）使用位异或计算计算量少，优先用于恢复丢失音频分片；
S9.纠删码恢复模块（10）恢复丢包数据；
S10.恢复率估计模块（11）检测纠错与纠删的恢复效果，通知冗余策略模块（12）；
S11.冗余策略模块（12）根据带宽与恢复率调整纠错冗余数与纠删冗余数，达到最佳恢复率；
S12.音频播放模块（13）接到纠删码恢复模块（10）的音频分片，进行音频解码播放声音。
10.根据权利要求9所述的一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法，其特征在于，所述S2步骤具体还包括以下步骤：
S2.1音频条带分组模块（2）进行音频压缩流按照20毫秒时间进行的音频分片；
S2.2音频条带分组模块（2）对音频分片按照分组大小G来进行分组，音频条带分组模块（2）的分片进行从大小编号，每个分片组号为分片编号除以分组大小G取整数,组内序号为编码对分组大小G取余数，这个组号相同G个分片为一组；
S2.3音频条带分组模块（2）按照条带大小N来进行分组进行条带二次切片，条带组号为分片组号除以条带大小N取整数，条带序号为分片组号对条带大小N取余数，条带分组数据有G个条带，每个条带有N的分片，这些分片有相同的条带组号与组内序号与连续条带序号；
S2.4音频条带分组模块（2）把分组条带音频分片发送给纠错码编码模块（3）；
所述S3步骤具体还包括以下步骤：
S3.1纠错码编码模块（3）接收冗余策略模块（12）的纠错冗余数T；
S3.2纠错码编码模块（3）生成T个位长度为G掩码，掩码生成方法,掩码的每一位都使用随机算法选择0或1；
S3.3纠错码编码模块（3）对条带分组数据的分组分别生成每个掩码生成纠错码，分片的组内序号对应掩码的位为1时，该分片参与纠错码生成，参与的分片全部参与异或计算得到该分组与该掩码的纠错分片，纠错码编码模块（3）把掩码放入纠错分片；
S3.4纠错码编码模块（3）把分组条带音频分片与纠错分片发送纠删码编码模块（4）；
所述S4步骤具体还包括以下步骤：
S4.1纠删码编码模块（4）从分组条带音频分片取出G组条带数据，每组条带的N的音频分片分别生成纠删码；
S4.2纠删码编码模块（4）接收冗余策略模块（12）的纠删冗余数M；
S4.3纠删码编码模块（4）根据纠删冗余数M生成N*M范德蒙矩阵，矩阵的i行j列的值为i的j次方，0的0次方按1计算；
S4.4纠删码编码模块（4）把G*M矩阵乘以每一个条带的逐字节取出N个音频数据，N个音频数据乘以N*M范德蒙矩阵得到M个纠删码，一个条带字节处理完最终得到该条带最终纠删分片；
S4.5纠删码编码模块（4）对G组条带数据，得到每个分组条带音频分片的纠删分片；
S4.6纠删码编码模块（4）把分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片发送网络传输模块（6）；
所述S5步骤还包括以下具体步骤：
S5.1网络传输模块（6）接收纠删码编码模块（4）接受分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片；
S5.2网络传输模块（6）把所有分片数据都进行递增分片编号，用于网络接收模块（7）的丢包率计算；
S5.3网络传输模块（6）的分组条带音频分片的音频分片再进行递增音频编号，拥有网络接收模块（7）发现分组条带音频分片丢失；
所述S6步骤中具体包括以下步骤：
S6.1网络接收模块（7）接收分片编号不连续，缺少分片编号为丢失分片，网络接收模块（7）计算丢失的分片数，按照一个分组条带周期，即按照每个分组条带的丢包率，丢失的分片数除一个分组条带的音频分片与纠错分片与纠删分片数，得到丢包率，上报給向带宽估计模块（8）；
S6.2网络接收模块（7）发现分组条带音频分片的音频编号不连续时，缺少音频编号为丢失音频分片序号，网络接收模块（7）把丢失音频分片序号通知纠错码恢复模块（9）的音频分片恢复，并把分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片发送纠错码恢复模块（9）；
所述S7具体包括以下步骤：
S7.1带宽估计模块（8）接收到网络接收模块（7）的丢包率，带宽估计模块（8）对丢包率卡尔曼滤波去噪声；
S7.2带宽估计模块（8）根据丢包率对卡尔曼滤波得到丢包率的估计值，带宽估计模块（8）判断丢包率的估计值是否大于阀值T，当大于等于阀值T时则通知冗余策略模块（12）带宽过载，否则通知冗余策略模块（12）的带宽正常；
所述S8具体包括以下步骤：
S8.1纠错码恢复模块（9）接收网络接收模块（7）的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠错分片与纠删分片；
S8.2纠错码恢复模块（9）把丢失音频分片序号除以分组大小G得到分片组号，根据分片组号获取该组的音频分片与纠错分片；
S8.3纠错码恢复模块（9）把丢失音频分片序号对分组大小G取余数得到组内丢包序号；
S8.4纠错码恢复模块（9）接收的纠错分片获取G比特长度的掩码，当组内丢包序号对应掩码位置为1时，掩码其他位为1的音频分片没有丢失则进行进行恢复，纠错码与其他的位掩码其他位为1的所有音频分片进行异或操作，得到丢失音频分片；
S8.5当恢复一个音频分片，纠错码恢复模块（9）用恢复音频分片与其他纠错分片其他丢失音频分片恢复；
S8.6纠错码恢复模块（9）把不能恢复的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠删分片发送给纠删码恢复模块（10）进行高计算量纠删恢复；
S8.7纠错码恢复模块（9）把不能恢复的丢失音频分片序号做为不能恢复丢包，一个分组条带中，不能恢复丢包数除以一个分组条带的音频分片包数，为纠错不能恢复率，纠错码恢复模块（9）把纠错不能恢复率发送给恢复率估计模块（11）；
S8.8纠错码恢复模块（9）接收到纠删码恢复模块（10）的丢失音频分片，纠错码恢复模块（9）用恢复音频分片与其他纠错分片其他丢失音频分片恢复；
所述S9具体包括以下步骤：
S9.1纠错码恢复模块（9）使用乘除解决多元方程式恢复丢包数据，计算量大，在纠错码恢复模块（9）不能恢复丢失音频分片使用；
S9.2纠删码恢复模块（10）接到纠错码恢复模块（9）的丢失音频分片序号，分组条带音频分片与纠删分片；
S9.3纠删码恢复模块（10）把丢失音频分片序号除以分组大小G得到分片组号，纠删码恢复模块（10）把丢失音频分片序号对分组大小G取余数得到组内丢包序号；
S9.4纠删码恢复模块（10）分片组号除以条带大小N取整数得到条带组号，纠删码恢复模块（10）对条带组号使用条带大小得到条带丢包序号；
S9.5纠删码恢复模块（10）根据条带组号与组内丢包序号找到，纠删分片与分组条带音频分片，判断条带丢包序号丢包数与纠删分片的数量大小；当条带丢包序号丢包数数量小于等于纠删分片的数量时，进行纠删码恢复流流程；
S9.6条带丢包序号丢包数数量大于纠删分片的数量否则则丢失音频分片序号为不能恢复丢包，不能恢复丢包数除以一个分组条带的音频分片包数，为纠删不能恢复率，纠删码恢复模块（10）把纠删不能恢复率发送给恢复率估计模块（11）；
S9.7纠删码恢复模块（10）当纠删分片的数量数量大于丢包序号丢包数数量（Q个丢包音频分片）可以恢复，从纠删分片挑选Q个纠删分片，组成音频分片与纠删分片混合的N个混合分片，通过根据这个N个分片向量求解方程,从N*M编码矩阵计算除N*Q逆矩阵，N*Q逆矩阵乘以N个混合分片得到丢失音频分片包；
S9.8纠删码恢复模块（10）把音频分片包发送給音频播放模块（13）；
所述S10具体包括以下步骤：
S10.1恢复率估计模块（11）接收纠错码恢复模块（9）的纠错不能恢复率,恢复率估计模块（11）接收纠删码恢复模块（10）的纠删不能恢复率；
S10.2恢复率估计模块（11）分别对纠错不能恢复率与纠删不能恢复率与进行卡尔曼滤波，去除少量突发波动，分别得到纠错不能恢复率估计值与纠删不能恢复率估计值；
S10.3恢复率估计模块（11）判断纠错不能恢复率估计值为0，则通知冗余策略模块（12）恢复执行欠载；
S10.4恢复率估计模块（11）判断当纠错不能恢复率估计值非零时，而纠删不能恢复率为零时，则通知冗余策略模块（12）恢复执行正常；
S10.5恢复率估计模块（11）判断纠删不能恢复率为非零，则通知冗余策略模块（12）恢复执行过载；
所述S11具体包括以下步骤：
S11.1冗余策略模块（12）接收恢复率估计模块（11）的恢复执行欠载，恢复执行正常，恢复执行过载，冗余策略模块（12）接收带宽估计模块（8）带宽过载与带宽正常；
S11.2冗余策略模块（12）初始设置纠错冗余数T与纠删冗余数M；
S11.2冗余策略模块（12）当接收恢复执行欠载时，即没有丢包或纠错恢复可完全恢复丢包，优先降低纠删冗余数M（每次降低1），减少前端设备计算量，减少功耗开销，当纠删冗余数M为零时，则降低纠错冗余数T，当降低于最低冗余阀值，则停止降低纠错冗余数T，让纠错码恢复模块（9）有一定的随机丢包恢复能力；
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S11.4冗余策略模块（12）接收恢复执行过载，优先增大纠错冗余数T（每次增加1），使用计算量偏小纠错分片，来增加恢复率；
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S11.6冗余策略模块（12）把调整后纠错冗余数T发送给纠错码编码模块（3），冗余策略模块（12）把调整后纠删冗余数M发送给纠删码编码模块（4）。
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| CN202111344217.0A CN113890687A (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种基于纠错码与纠删码混合高可靠音频传输方法与装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |