CN1611027A - 采用基于理德－所罗门码的前向纠错的不均等差错保护 - Google Patents

采用基于理德－所罗门码的前向纠错的不均等差错保护 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种采用基于理德－所罗门码的前向纠错的不均等差错保护新方案。本发明适用于包括具有不同重要性等级的数据符号的数据分组。其要点在于：不管所有数据符号的重要性等级而对它们应用单一RS码，但如果有必要减少冗余度，就在形成纠错分组时跳过一个或多个从重要性较低的数据符号中生成的纠错符号。

Description

采用基于理德-所罗门码的前向纠错的不均等差错保护
发明领域
本发明涉及一种保护数据分组免受传输差错破坏的方法，所述数据分组包括具有不同重要性等级的数据符号。
本发明还涉及包括用于实现所述方法的指令的程序。
本发明进一步还涉及包括发送装置和接收装置的传输系统，所述发送装置用于发送数据分组，所述数据分组包括具有不同重要性等级的数据符号。
本发明还涉及一种用于发送包括具有不同重要性等级的数据符号的数据分组的设备。
本发明还涉及传送数据分组和纠错分组的信号。
本发明尤其适用于通过易遭受拥塞的网络、如因特网和/或通过易遭受传输差错的网络、如移动无线电网传输视频的领域。
发明背景
IETF公布的引用为“draft-ietf-avt-uxp-01.txt”的、且于2002年5月到期的因特网草案标准“用于渐进多媒体流擦除可恢复传输的RTP净荷格式(a RTP payload Format for Erasure-Resilient Transmissionof Progressive Multimedia Streams)”描述了一种以渐进方式对源信号流编码的不均等差错保护策略。所建议的策略旨在减少冗余引起的开销。所述策略在于将数据化分成不同类别，并对各类别应用不同的理德-所罗门码，以便针为每一类别生成不同数量的纠错符号。
这种策略实现起来很复杂，特别是在接收端。本发明的目的之一是提出一种实现起来较不复杂的用于编码源流的不均等差错保护策略。
发明内容
本发明目的通过一种如权利要求1所述的保护数据分组免受传输差错破坏的方法、一种如如权利要求5所述的传输系统、如权利要求7所述的用于发送数据分组的装置、如权利要求9所述的程序和如权利要求10所述的用于传送数据分组和纠错分组的信号来实现。
根据本发明，虽然据以生成纠错符号的数据符号具有一个或多个重要性等级，但不管据以生成纠错符号的数据符号的重要性等级如何而将相同的纠错码用于生成所有纠错符号。不过，在要限制因冗余而引起的开销时，不发送从具有低重要性等级的数据符号生成的一个或多个纠错符号。
换言之，当因冗余导致的开销要受限时，本发明在传输之前引入初始符号损失。这意味着本发明不使用具有低重要性等级的数据符号的纠错码的全部容量。
一般而言，使用单一纠错码是有利的，因为它简化了发送侧和接收侧上的实现。
本发明在采用理德-所罗门(RS)码纠错时尤其有利，因为RS纠错码从计算角度来看代价很高。本发明允许将RS码与不均等差错保护结合使用而不增加接收装置的复杂度。RS码与不均等差错保护的结合使用在期望通过因特网和/或移动无线电网进行高质量传输时尤其让人感兴趣。
本发明对移动接收机尤其有利，因为限制所需计算力导致能量节省。
所述选择步骤最好根据所述网络的当前状态，例如传输网络的当前分组误码率来进行。
附图简述
图1是说明根据本发明的传输系统的示意图。
图2是说明在使用RS纠错码时，根据本发明如何生成纠错符号和纠错分组的图。
图3是根据本发明的前向纠错方法的框图。
图4是说明针对通过使用MPEG-4(运动图像专家组-4)标准的数据划分模式编码的视频分组实施本发明的图。
具体实施方式
在分组交换网上传送数据易发生差错。在诸如因特网的有线网中，流量拥塞造成分组丢失。在无线网络如UMTS(通用移动电信网)或GPRS(通用分组无线业务)网中，衰落、噪声和干扰在接收机上造成比特差错，而在采用CRC(循环冗余校验)机制时，一个分组中的一个错误比特导致整个分组丢失。
重传丢失分组并不总是适合或可行，对实时应用如音频/视频会话应用尤其如此。前向纠错(FEC)是保护数据免受差错破坏的已知解决方案。FEC在于在发送原始数据之前在其中增加冗余。增加的冗余在接收端用于恢复丢失分组。
图1显示了使用FEC的一个传输系统实例。参照图1，发送装置TX包括用于递送数据分组DPi的数据源SS以及用于从数据分组DPi生成纠错分组EPj的前向纠错部件FEC。例如，数据源SS是MPEG-4编码器。数据分组DPi连同其相关纠错分组EPj形成了传输块TB。传输块通过传输网NET传送到接收装置RX。接收装置RX包括用于恢复传输期间丢失的数据分组(图1中的第二和第三个分组)的数据分组恢复部件RR。所述数据分组恢复部件RR将接收的数据分组与恢复的数据分组传递给数据目的端DD(例如MPEG-4解码器)。
前向纠错部件使用纠错码。众所周知，理德-所罗门RS码是非常有用而且灵活的码。RS纠错码由两个参数n和k定义。基本上，一个RS(n，k)纠错码在于从k个符号的数据字构造n个符号的码字(这意味着对每个k个符号的数据字添加n-k个冗余符号。下文中，将添加的冗余符号称为纠错符号。一个RS(n，k)码可以纠正多达t个差错和p个擦除(擦除是已知位置上的差错)，这样，2t+p＝n-k。
在使用RS(n，k)纠错码的FEC传输方案中，传输块包括k个数据分组和通过对k个数据分组应用RS(n，k)纠错码得到的(n-k)个纠错分组。
本发明适用于包括具有至少两个重要性等级(或其中可以建立至少两个重要性等级)的数据符号的数据分组，这样，就可以根据数据符号的重要性等级将不同等级的保护与数据符号相关联。为简化起见，以上所述实例针对具有两个重要性等级：高重要性等级或低重要性等级的数据符号。这不是限制性的。
图2给出了说明根据本发明如何生成纠错符号和纠错分组的图。传输块TB包括k个数据分组DPi(i＝1，...，k)和(n-k)个纠错分组EPj(j＝n-k，...，n)。点线L表示数据符号的第一部分P1和第二部分P2之间的分隔线。第一部分P1包括具有高重要性的数据符号。部分P1将得到较高的保护。第二部分P2包括具有低重要性的数据符号。第二部分P2将得到较低的保护。点线L的位置取决于所需的保护级别。对于给定的RS(n，k)码，P1/P2比率最大则保护级别最高。
不管数据符号属于哪一个部分，将单一RS(n，k)码用于生成所述k个数据分组中的具有相同秩q(q＝1，...，m，其中m是整数)的每组k个数据符号(sq，1，...sq，k)的一组(n-k)个纠错符号(sq，n-k，...sq，n)。一组k个数据符号(sq，1，...sq，k)和对应的一组(n-k)个纠错符号(sq，n-k，...sq，n)构成n个符号的码字CWq。
随后生成(n-k)个纠错分组，每个纠错分组由m个纠错符号(s1，j，...sm，j)生成，其中j＝n-k，...，n。
根据本发明，至少在要限制冗余引起的开销时，不将一个或多个从部分P2的数据符号生成的纠错符号插入一个或多个纠错分组中。在图2所示的实例中，从部分P2的数据符号生成的纠错符号不插入纠错分组EPn和EPn-1中，这意味着分组EPn和EPn-1较短。
图3给出了根据本发明的前向纠错部件的示意框图。参照图3，根据本发明的前向纠错符号部件FEC包括受选择部件SCT控制的纠错生成部件ECS和纠错分组生成部件ECP。纠错生成部件ECS如参照图2所作的描述那样生成纠错符号。选择部件SCT用于考虑传送网上所述纠错分组的传输情况而选择要插入纠错分组中的纠错符号。
在优选实施例中，选择部件SCT对通过网络(例如通过RTCP(实时传输控制协议)协议)从接收装置RX接收的信息I作出响应，以便选择适应传输网路的当前状态。例如，接收装置发送有关误码率的信息，并调整选择，以便冗余量随误码率增加。例如，这可以通过使点线L移位或修改其中无纠错符号的纠错分组的个数来实现。
例如，本发明应用于通过使用MPEG-4标准的数据划分模式(DP)来编码的视频分组。图4同时给出了帧内编码模式(不参考以前的编码参数来执行编码的编码参数模式)和帧间编码模式(利用以前的编码参数来构造预测编码的参数模式)的这种视频分组的表示。参照图4，I-VP指示涉及用帧内模式编码的帧的视频分组，而P-VP指示涉及用帧间模式编码的帧的视频分组。
两种类型的视频分组都包括第一块B1和第二块B2。对于I-VP视频分组，第一块B1包含：
-重新同步标记RM，
-首部HD，
-DCT(离散余弦变换)的DC(直流)系数DC-C，
-DC标记DC-M，
对于P-VP视频分组，第一部分P1包含：
-重新同步标记RM，
-首部HD，
-运动数据MD，
-运动标记MM。
I-VP和P-VP分组的第二块B2包含DCT的AC(交流)系数AC-C。
从解码的观点来看，包含在第一块B1中的数据比包含在第二块B2中的数据更重要。的确，当首部中缺失数据或当运动数据缺少时，解码器不能对视频分组解码。但如果块B2中的数据缺失，则它仍然可以将视频分组解码。
对于这种MPEG-4视频分组，例如可以这样定位图2中的点线L，使得所有B1块完全属于部分P1。有利的是，由于块B1和B2的长度不受限制，所以可以针对每个传输块计算点线L的位置。因此，为检索出每个分组中的块B1的结尾，必须对传输块TB的所有数据分组加以分析。由于块B1的结尾并不总是字节对齐的，因此点线L位于最长块B1在其中结束的字节的结尾处。
这种MPEG-4视频分组具有比定义的最大尺寸小的可变尺寸。因此，在进行RS编码之前，在尺寸比所述定义的最大尺寸小的MPEG-4视频分组的结尾处添加填充比特。所述填充比特最好不通过网络传送，而是传送每个数据分组添加的填充比特的个数。接收装置RX在应用RX解码操作之前为每个接收的数据分组添加个数为传送来的个数的填充比特。
例如，采用实时传输协议(RTP)来传送数据分组和纠错分组。在这种情况下，可以优选按IETF的RFC 1889中描述的那样构造数据分组。例如，如J.Rosenberg和H.Shulzrinne于1998年11月3日提出、于1999年5月2日到期的IETF草案“用于理德-所罗门码的RTP净荷格式”中所述那样来构造纠错分组。

Claims (10)

1.一种保护数据分组免受传输差错破坏的方法，所述数据分组(DPi)包括具有不同重要性等级的数据符号(sq，j，j＝1，...，k)所述方法包括：
-纠错符号生成步骤，用于不管所述数据符号的重要性等级而通过使用纠错码(RS(n，k))从所述数据符号生成纠错符号(sq，j，j＝n-k，...，n)，
-纠错分组生成步骤，用于从所述纠错符号生成纠错分组(EPj)，
-选择步骤，用于根据据以生成所述纠错符号的所述数据符号的重要性等级选择要包括在所述纠错分组中的所述纠错符号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纠错分组生成步骤用于从k个数据分组生成(n-k)个纠错分组，纠错分组中秩为q的纠错符号是从所述k个数据分组中秩为q的k个数据符号生成的；以及所述选择步骤允许不将从具有最低重要性等级的数据符号生成的至少纠错符号包含在所述(n-k)个纠错分组中的至少一个中。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法旨在用于状态可变网络上的传输，其特征在于所述选择步骤取决于所述网络的当前状态。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纠错码是系统块码。
5.一种包括发送装置(TX)和接收装置(RX)的传输系统，所述发送装置用于发送数据分组(DPi)，所述数据分组包括具有不同重要性等级的数据符号(sq，j，j＝1，...，k)，所述发送装置包括：
-纠错符号生成部件，用于不管所述数据符号的重要性等级而通过使用纠错码(RS(n，k))从所述数据符号生成纠错符号(sq，j，j＝n-k，...，n)，
-纠错分组生成部件，用于从所述纠错符号生成纠错分组(EPj)，
-选择部件，用于根据据以生成所述纠错符号的所述数据符号的重要性等级选择要包括在所述纠错分组中的所述纠错符号。
6.如权利要求5所述的传输系统，其特征在于：所述纠错分组生成部件用于从k个数据分组生成(n-k)个纠错分组，纠错分组中秩为q的纠错符号是从所述k个数据分组中秩为q的k个数据符号生成的；以及所述选择部件允许不将从具有最低重要性等级的数据符号生成的至少纠错符号包含在所述(n-k)个纠错分组中的至少一个中。
7.一种用于发送包括具有不同重要性等级的数据符号(sq，j，j＝1，...，k)的数据分组(DPi)的装置(TX)，所述发送装置包括：
-纠错符号生成部件，用于不管所述数据符号的重要性等级而通过使用纠错码从所述数据符号生成纠错符号(sq，j，j＝n-k，...，n)，
-纠错分组生成部件，用于从所述纠错符号生成纠错分组(Epj)，
-选择部件，用于根据据以生成所述纠错符号的所述数据符号的重要性等级选择要包括在所述纠错分组中的所述纠错符号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述纠错分组生成部件用于从k个数据分组生成(n-k)个纠错分组，纠错分组中秩为q的纠错符号是从所述k个数据分组中秩为q的k个数据符号生成的；以及所述选择部件允许不将从具有最低重要性等级的数据符号生成的至少纠错符号包含在所述(n-k)个纠错分组中的至少一个中。
9.一种包括用于在由处理器执行时实现权利要求1所述方法的指令的程序。
10.一种传送数据分组和纠错分组的信号，其特征在于：
-一组(n-k)个纠错分组与一组k个数据分组对应，
-所述数据分组包括具有不同重要性等级的数据符号，
-所述纠错分组包括纠错符号，一组(n-k)个纠错分组中秩为q的纠错符号是通过使用纠错码从所述对应的k个数据分组中秩为q的k个数据符号生成的，
-所述纠错分组中的至少一个中不包括通过所述纠错码从具有最低重要性等级的数据符号生成的至少一个所述纠错符号。
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