王雅雪

摘 要：視頻碼流在3G無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸過程中經(jīng)常會引入一些誤碼。傳統(tǒng)基于視頻語義的誤碼檢測方法，只能檢測出不符合碼流標(biāo)準(zhǔn)的語義誤碼，而不能檢測符合碼流標(biāo)準(zhǔn)但實際數(shù)據(jù)改變的內(nèi)容誤碼。針對內(nèi)容誤碼，提出了一種基于色度空間相關(guān)性的H.263誤碼檢測算法。

關(guān)鍵詞：3G無線網(wǎng)絡(luò)；H.263；空間相關(guān)；誤碼檢測

隨著3G時代的到來，無線視頻通信的應(yīng)用越來越廣泛。3G無線網(wǎng)絡(luò)中，多徑衰減和噪聲等因素導(dǎo)致其具有帶寬有限、高誤碼率、信道質(zhì)量隨時間動態(tài)變化等特點，在有限帶寬和時變易錯的無線信道上傳輸高質(zhì)量的視頻圖像，需要引入有效的容錯技術(shù)[2]。

1 H.263句法和語義

H.263編碼句法層從上到下可以分為四層[8]：圖像、塊組、宏塊、塊。

塊組起始碼（GBSC）為17比特長度的碼流，標(biāo)志一個塊組的開始。塊組編號（GOB Num，GN）為5比特長度的碼流，標(biāo)志當(dāng)前塊組在一幀所有塊組中的序號。每個塊組包含一行或多行宏塊。

宏塊層句法包括了當(dāng)前宏塊的編碼模式、運(yùn)動矢量、以及VLC系數(shù)等數(shù)據(jù)。解碼器從碼流中讀取這些數(shù)據(jù)后，進(jìn)行運(yùn)動矢量解析和紋理數(shù)據(jù)解析，得到重建圖像。

H.263解碼器讀取圖像頭后，循環(huán)進(jìn)行塊組解碼至一幀結(jié)束。塊組起始碼的存在，為H.263解碼提供了重同步標(biāo)志。需要注意的是，塊組頭是允許不存在的，在一個塊組解碼完成后，若后續(xù)17比特碼流非塊組同步頭，則解碼器默認(rèn)其未被編碼。

誤碼存在的碼流部位主要為塊組層頭部和宏塊數(shù)據(jù)。當(dāng)塊組頭發(fā)生誤碼，將造成塊組編號讀取錯誤或同步頭被破壞。

2 基于語義的誤碼檢測算法

H.263解碼器中，設(shè)置有塊組計數(shù)器：無論當(dāng)前塊組編號是否可讀取，計數(shù)器皆加1以標(biāo)識已解碼塊組數(shù)。因此，當(dāng)讀取到的塊組編號與計數(shù)器不一致，誤碼存在。塊組編號語義出錯的情況可分兩種：第一個塊組編號出錯和后續(xù)塊組編號出錯。

對第一個塊組，幀頭起始碼即塊組起始碼。解碼器進(jìn)入一幀解碼，首先尋找17比特幀頭起始碼，并順序讀取5比特塊組編號。正常情況下，首個塊組編號為0。當(dāng)幀頭碼流發(fā)生誤碼導(dǎo)致首個塊組編號非0時，解碼器進(jìn)行誤碼檢測和容錯。圖3所示為幀頭誤碼時，基于語義的誤碼檢測算法流程圖。

視頻解碼器的第一個I幀幀頭是不容缺損的，否則將無法獲取正確的解碼器配置參數(shù)，導(dǎo)致后續(xù)解碼圖像質(zhì)量嚴(yán)重?fù)p壞。因此，第一幀幀頭發(fā)生誤碼時，解碼器直接返回解碼失敗信息。后續(xù)幀幀頭發(fā)生誤碼則可以復(fù)用前一幀幀頭信息進(jìn)行解碼。

根據(jù)圖像幀頭部中解析到的視頻圖像分辨率及每個塊組所包含的宏塊數(shù)，可以計算出一幀所包含的塊組數(shù)，從而得出一幀內(nèi)塊組編號的范圍。以此為依據(jù)，對非幀頭所在的塊組，根據(jù)其塊組編號是否越界，來判定是否發(fā)生語義誤碼。

3 基于色度空間相關(guān)性的誤碼檢測算法

在宏塊紋理數(shù)據(jù)解析過程中，各個系數(shù)都有其范圍，當(dāng)解碼器解析到的系數(shù)越界時，即判定系數(shù)不符合碼流標(biāo)準(zhǔn)，碼流出現(xiàn)語義誤碼。基于語義的誤碼檢測算法僅能夠檢測到這種不符合碼流標(biāo)準(zhǔn)的語義誤碼。當(dāng)誤碼符合標(biāo)準(zhǔn)，如某個塊組同步頭被損壞或出錯的紋理數(shù)據(jù)并未越界時，解碼器誤判為碼流正確繼續(xù)進(jìn)行解碼重建。由于僅依靠基于語義的誤碼解析不能檢測到誤碼位置，因此解碼圖像質(zhì)量無法得到保證。另外，多次實驗數(shù)據(jù)表明，在解碼器自身檢測到語義誤碼時，往往出錯宏塊之前的某些宏塊系數(shù)內(nèi)容已經(jīng)異常，而由此導(dǎo)致解碼圖像中出現(xiàn)與周圍宏塊色度差異明顯的彩塊和馬賽克現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了圖像的視覺效果。

本文結(jié)合語義誤碼檢測，提出了一種基于色度空間相關(guān)性的誤碼檢測算法，準(zhǔn)確地檢測碼流中的內(nèi)容誤碼。

由于宏塊與宏塊之間不存在同步標(biāo)識，當(dāng)解碼器檢測到某個宏塊系數(shù)越界時，首先使用基于語義的誤碼檢測，搜索后續(xù)碼流中的塊組同步頭，對丟失的碼流進(jìn)行錯誤隱藏。然后，對出錯宏塊前的碼流進(jìn)行基于色度空間相關(guān)性的內(nèi)容誤碼檢測。

由于一幀圖像相鄰宏塊的色度相近，色度塊的紋理數(shù)據(jù)值相差較小，相鄰宏塊的色度DC系數(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。因此可以利用相鄰宏塊的色度DC系數(shù)，來檢測當(dāng)前宏塊是否存在內(nèi)容誤碼。

在解碼過程中，分別保存每個宏塊兩個色度塊（Cb塊和Cr塊）的DC系數(shù)，并進(jìn)行基于語義的誤碼檢測。

在檢測到宏塊語義誤碼后，根據(jù)語義誤碼位置計算需要進(jìn)行內(nèi)容誤碼檢測的宏塊行數(shù)。本文算法對從第二行宏塊開始到出錯行宏塊，依次進(jìn)行誤碼檢測。單個宏塊的空間相關(guān)性誤碼檢測誤流程是：對當(dāng)前宏塊兩個色度塊的DC系數(shù)，分別計算該DC系數(shù)與上方宏塊相應(yīng)系數(shù)的差值絕對值，當(dāng)差值絕對值超過特定閾值時，判定該宏塊紋理數(shù)據(jù)發(fā)生了內(nèi)容誤碼。

在檢測到內(nèi)容誤碼時，對從誤碼宏塊開始到宏塊所在行結(jié)束的碼流進(jìn)行錯誤隱藏。然后從下一行第一個宏塊開始，繼續(xù)進(jìn)行DC系數(shù)誤碼檢測。

本文算法采用兩個色度塊的DC系數(shù)，在每個宏塊解碼過程中只需保存色度塊DC系數(shù)，使得解碼器在增加內(nèi)容誤碼檢測功能后，幾乎不影響解碼器的運(yùn)行效率。

4 結(jié)束語

本文針對3G無線視頻通信中存在的碼流內(nèi)容誤碼現(xiàn)象，提出了一種基于色度空間相關(guān)性的H.263視頻誤碼檢測算法。該算法利用空間相鄰宏塊的色度DC系數(shù)來進(jìn)行誤碼檢測，有效地定位傳統(tǒng)語義碼流解析無法檢測到的內(nèi)容誤碼。本文提出的誤碼檢測算法可以同各種錯誤隱藏算法[7]相結(jié)合，以提高解碼器的容錯效果。

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