CN114390278A - 基于ldpc编码的h.265码流不等差错保护方法、系统及电子设备 - Google Patents

基于ldpc编码的h.265码流不等差错保护方法、系统及电子设备 Download PDF

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CN114390278A CN202210002086.6A CN202210002086A CN114390278A CN 114390278 A CN114390278 A CN 114390278A CN 202210002086 A CN202210002086 A CN 202210002086A CN 114390278 A CN114390278 A CN 114390278A
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Abstract

本发明公开了一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法、系统及电子设备，其中方法包括：根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。本发明根据H.265码流中数据的重要程度，对不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，在保证不增加额外带宽消耗的情况下，提高了无线实时传输的视频质量，解决了现有技术中因采用相同码率的LDPC编码导致降低LDPC编码效率的问题。

Description

基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法、系统及电子 设备
技术领域
本发明涉及视频数据保护领域，具体涉及一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法、系统及电子设备。
背景技术
无线实时视频传输对带宽有较大的需求，因此有必要高效地压缩原始视频数据。H.265编码标准是当前超高清视频应用的主流编码标准，广泛用于各种超高清视频行业。
与前一代编码标准相比，H.265只需要50％的带宽来播放相同质量的视频。但同时，由于H.265标准的高效压缩，压缩过的视频流在传输过程中对误码也更敏感。因此，为了实现高质量的视频传输，必须采取某些保护措施。
一般来说，无线实时视频传输系统由于实时性要求，会采用基于编码器的差错控制算法，通过将冗余信息添加到有效信息中来增加数据流的抗干扰性能，典型的技术就是前向纠错码。LDPC码(低密度校验码)是一种常用于视频保护的前向纠错码，但是普通的差错控制方法为均等差错保护方法，所有数据均用相同程度的保护，即所有视频数据都进行相同码率的LDPC编码。然而，由于H.265视频数据不同部分的重要性不同，对视频质量重要性不同的数据均进行相同码率的LDPC编码，会限制LDPC编码的效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法及系统，以解决现有技术中采用相同码率的LDPC编码，导致降低LDPC编码效率的问题。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法，包括：
根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；
按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；
将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。
可选地，所述H.265码流的生成步骤包括：
将输入的原始视频数据经过HEVC编码器，输出H.265码流。
可选地，所述H.265码流中不同类型的数据包括：参数集、I帧、P帧；
所述根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度，包括：
根据预先生成的H.265码流中的参数集、I帧和P帧，确定所述H.265码流中参数集、I帧和P帧的重要程度；
根据所述H.265码流中P帧的相对前后位置，确定所述H.265码流中P帧的重要程度。
可选地，所述按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级，包括：
所述H.265码流中数据的重要程度从高到低依次为：参数集、I帧、P帧；
所述H.265码流中位置相对靠前的第一P帧的重要程度高于相对靠后的第二P帧的重要程度；
根据H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中数据的等级从高到低依次设为：参数集、I帧、第一P帧、第二P帧。
可选地，所述将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据，包括：
所述H.265码流中数据等级越高，对应的LDPC编码的码率越小。
可选地，在得到编码后数据之后，所述方法还包括：
将编码后数据经过无线信道进行传输产生误码后，经过不同码率的LDPC解码得到H.265码流；
将所述H.265码流经过HEVC解码器输出解压视频数据。
进一步地，所述经过不同码率的LDPC解码得到H.265码流，包括：
不同等级的数据采用不同码率的LDPC解码，得到H.265码流；
所述LDPC解码的码率与所述LDPC编码的码率对应相同。
本发明的第二方面提供了一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护系统，包括：
确定单元，用于根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；
划分单元，用于按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；
编码单元，用于将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。
本发明的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行第一方面任意一项提供的基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法。
本发明的第四方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行第一方面任意一项提供的基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法。
在本发明实施例提供的基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法中，根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。本发明根据H.265码流中数据的重要程度，对不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，在保证不增加额外带宽消耗的情况下，提高了无线实时传输的视频质量，解决了现有技术中采用相同码率的LDPC编码导致降低LDPC编码效率的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的H.265码流不等差错保护方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的视频数据划分为三组时的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的视频数据的三组等级划分示意图；
图4为本发明实施例与相同带宽消耗下普通LDPC编码的重构图像的PSNR对比图；
图5为本发明实施例与相同带宽消耗下普通LDPC编码的重构图像的VMAF对比图；
图6为本发明实施例提供的H.265码流不等差错保护装置框图；
图7为本发明实施例提供的电子设备框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
与前一代编码标准相比，H.265只需要50％的带宽来播放相同质量的视频。但同时，由于H.265标准的高效压缩，压缩过的视频流在传输过程中对误码也更敏感。因此，为了实现高质量的视频传输，必须采取某些保护措施。一般来说，无线实时视频传输系统由于实时性要求，会采用基于编码器的差错控制算法，通过将冗余信息添加到有效信息中来增加数据流的抗干扰性能，典型的技术就是前向纠错码。LDPC码(低密度校验码)是一种常用于视频保护的前向纠错码，但是普通的差错控制方法为均等差错保护方法，所有数据均用相同程度的保护，即所有视频数据都进行相同码率的LDPC编码。然而，由于H.265视频数据不同部分的重要性不同，对视频质量重要性不同的数据均进行相同码率的LDPC编码，会限制LDPC编码的效率
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法，应用于无线实时视频传输，如图1所示，该方法包括如下的步骤S101至步骤S103：
步骤S101：根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；H.265码流中包含多种不同类型的数据，在无线实时视频传输过程中，不同类型的数据对视频的图像质量的影响比重不同，即，不同类型数据各自在无线实时视频传输中的重要程度不同，可以在得到H.265码流中数据的类型后，根据各数据类型对视频的图像质量的影响比重，确定H.265码流中不同类型数据的重要程度。
具体的，所述步骤S101中的H.265码流的生成步骤包括：
将输入的原始视频数据经过HEVC编码器，输出H.265码流。预先生成的H.265码流可以是原始视频数据经过HEVC编码器后编码得到的。
其中，所述H.265码流中不同类型的数据包括：参数集、I帧、P帧；
H.265视频数据中一般主要有四种类型的数据：参数集、I帧、P帧、B帧，其中，参数集是所有图像的头信息的集合；I帧为帧内编码帧，编码不依赖于其他帧；P帧为前向预测帧，编码依赖于先前的I帧或P帧；B帧使用双向预测帧，编码依赖于先前和后续的I帧或者P帧。由于无线实时视频传输中具有实时性的要求，因此本发明实施例不使用双向预测的B帧，以保证无线实时视频传输的实时性。
所述根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度，包括：
根据预先生成的H.265码流中的参数集、I帧和P帧，确定所述H.265码流中参数集、I帧和P帧的重要程度；
根据所述H.265码流中P帧的相对前后位置，确定所述H.265码流中P帧的重要程度。
步骤S102：按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；
具体的，所述步骤S102包括：
所述H.265码流中数据的重要程度从高到低依次为：参数集、I帧、P帧；
所述H.265码流中位置相对靠前的第一P帧的重要程度高于相对靠后的第二P帧的重要程度；
根据H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中数据的等级从高到低依次设为：参数集、I帧、第一P帧、第二P帧。
在H.265码流的不同类型的数据中，参数集和I帧对视频质量的影响很大；因此，不同类型数据的重要程度从高到低依次为参数集、I帧、P帧；
其中，对P帧而言，靠前的P帧将影响更多的后续P帧，因此，靠前的P帧对视频的图像质量具有更大的影响，将相对位置靠前的P帧作为第一P帧，位置靠后的P帧作为第二P帧，在无线实时视频传输中，第一P帧对视频传输质量的影响程度大于第二P帧；
因此，H.265码流中数据的重要程度从高到低依次为：参数集、I帧、第一P
帧、第二P帧，对应的，H.265码流中数据的等级从高到低依次设为：参数集、I帧、第一P帧、第二P帧。
步骤S103：将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。
具体的，所述步骤S103包括：
所述H.265码流中数据等级越高，对应的LDPC编码的码率越小。
其中，对高等级的数据进行小码率的LDPC编码，对低等级的数据进行高码率的LDPC编码，在本发明实施例中，数据的等级从高到低依次为：参数集、I帧、第一P帧、第二P帧，对应的进行LDPC编码时的码率从小到大依次为：参数集、I帧、第一P帧、第二P帧；
针对H.265码流中不同等级的数据，进行不同码率的LDPC编码，对重要的部分使用小码率的LDPC编码进行较强的保护，对次要的部分使用大码率的LDPC编码进行较弱的保护，在保证不增加额外带宽消耗的情况下，提高无线实时传输的视频质量。
在本发明提供的一种可选的实施方式中，在得到编码后数据之后，所述方法还包括：
将编码后数据经过无线信道进行传输产生误码后，经过不同码率的LDPC解码得到H.265码流；
将所述H.265码流经过HEVC解码器输出解压视频数据。
其中，所述经过不同码率的LDPC解码得到H.265码流，包括：
不同等级的数据采用不同码率的LDPC解码，得到H.265码流；
所述LDPC解码的码率与所述LDPC编码的码率对应相同。
在本发明提供的一种实施方式中，可以将H.265码流包含的不同类型数据分为A、B、C三组，此时的整体流程图如图2所示，具体包括：
首先，输入的原始视频数据经过HEVC编码器输出H.265视频流。根据不同类型数据的重要程度不同将H.265码流分为A、B、C三个等级的数据，其中，三个等级的数据的重要程度排序为A>B>C。
具体的，本发明采用一秒三十帧的视频数据为例，具体数据结构为参数集、1个I帧和29个P帧，图3是本发明中具体视频数据的三组等级划分，其中，参数集、I帧和前4个P帧为A组数据，第5个P帧到第22个P帧为B组数据，第23个P帧到第29个P帧为C组数据。
然后，根据图3中对H.265码流的划分，对A、B、C三组数据进行不同码率的LDPC编码，其中三组数据码率大小的排序为A<B<C。
具体的，A组数据采用1/2码率的LDPC编码，B组数据采用2/3码率的LDPC编码，C组数据采用4/5码率的LDPC编码，根据LDPC码率的计算公式
Figure BDA0003455090090000081
和图3中A、B、C三组数据的字节数，可以计算得出，本发明实施例采用的三组数据各自对应码率的LDPC编码产生的总冗余字节数，和三组数据均采用2/3码率的LDPC编码产生的总冗余字节数相同；LDPC码率的计算公式中，BitRate为码率，Lengthvalid为信息字节数，Lengthtotal为码长，码长减去信息字节数即可得到总冗余字节数。
最后，编码后的数据通过无线信道进行传输产生误码后，经过LDPC解码得到H.265码流，H.265码流经过HEVC解码器输出解压缩的视频数据。
具体的，将编码过后的数据经过信噪比为1.9dB、2dB、2.1dB、2.2dB的无线信道，再将A、B、C三组数据分别进行LDPC解码得到H.265码流。得到的H.265码流数据经过HEVC解码器后即为可以播放的未压缩视频。
将该发明使用上述实施例描述的无线视频传输系统中进行测试，同全部视频数据均采用2/3码率LDPC编码的均等差错控制方法进行比较，本发明方法与相同带宽消耗下普通LDPC编码的重构图像的PSNR(峰值信噪比)对比图如图4所示，本发明方法与相同带宽消耗下普通LDPC编码的重构图像的VMAF(视频多方法评估融合)对比图如图5所示；
结合图4和图5可以看出，本发明实施例采用的方法与传统均等差错控制方法相比，在带宽消耗相同的情况下，PSNR最大提升了超过11dB，VMAF最大提升了超过53，有效地提升了无线实时视频传输系统的视频质量。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：
本发明根据H.265码流中数据的重要程度，对不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，在保证不增加额外带宽消耗的情况下，提高了无线实时传输的视频质量，解决了现有技术中采用相同码率的LDPC编码导致降低LDPC编码效率的问题；
本发明针对H.265码流的无线实时传输过程，根据H.265码流的不同部分对视频质量的重要程度不同或H.265码流不同部分对误码的敏感度的不同，对重要的部分使用小码率的LDPC编码进行较强的保护，对次要的部分使用大码率的LDPC编码进行较弱的保护，以减少误码对视频传输中重建视频质量的影响，从而在不增加传输带宽的前提下提高了无线实时视频传输系统的可靠性。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例还提供了一种用于实施上述基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法的基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护系统，如图6所示，该系统包括：
确定单元61，用于根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；
划分单元62，用于按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；
编码单元63，用于将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，该电子设备包括一个或多个处理器71以及存储器72，图7中以一个处理器71为例。
该控制器还可以包括：输入装置73和输出装置74。
处理器71、存储器72、输入装置73和输出装置74可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
处理器71可以为中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，处理器71还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称为DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称为FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合，通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器。
存储器72作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的控制方法对应的程序指令/模块。处理器71通过运行存储在存储器72中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法。
存储器72可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据服务器操作的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器72可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器72可选包括相对于处理器71远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至网络连接装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置73可接收输入的数字或字符信息，以及产生与服务器的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置74可包括显示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器72中，当被一个或者多个处理器71执行时，执行如图1所示的方法。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各电机控制方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，简称为RAM)、快闪存储器(Flash Memory，简称为FM)、硬盘(Hard Disk Drive，简称为HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，简称为SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法，其特征在于，包括：
根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；
按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；
将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述H.265码流的生成步骤包括：
将输入的原始视频数据经过HEVC编码器，输出H.265码流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述H.265码流中不同类型的数据包括：参数集、I帧、P帧；
所述根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度，包括：
根据预先生成的H.265码流中的参数集、I帧和P帧，确定所述H.265码流中参数集、I帧和P帧的重要程度；
根据所述H.265码流中P帧的相对前后位置，确定所述H.265码流中P帧的重要程度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级，包括：
所述H.265码流中数据的重要程度从高到低依次为：参数集、I帧、P帧；
所述H.265码流中位置相对靠前的第一P帧的重要程度高于相对靠后的第二P帧的重要程度；
根据H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中数据的等级从高到低依次设为：参数集、I帧、第一P帧、第二P帧。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据，包括：
所述H.265码流中数据等级越高，对应的LDPC编码的码率越小。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到编码后数据之后，所述方法还包括：
将编码后数据经过无线信道进行传输产生误码后，经过不同码率的LDPC解码得到H.265码流；
将所述H.265码流经过HEVC解码器输出解压视频数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述经过不同码率的LDPC解码得到H.265码流，包括：
不同等级的数据采用不同码率的LDPC解码，得到H.265码流；
所述LDPC解码的码率与所述LDPC编码的码率对应相同。
8.一种基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护系统，其特征在于，包括：
确定单元，用于根据预先生成的H.265码流中数据的类型，确定所述H.265码流中数据的重要程度；
划分单元，用于按照所述H.265码流中数据的重要程度，将所述H.265码流中的数据分为不同等级；
编码单元，用于将所述H.265码流中不同等级的数据进行不同码率的LDPC编码，得到编码后数据。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1-7任意一项所述的基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-7任意一项所述的基于LDPC编码的H.265码流不等差错保护方法。
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