CN1533635A

CN1533635A - 信号编码

Info

Publication number: CN1533635A
Application number: CNA028146255A
Authority: CN
Inventors: M・G・马蒂尼; M·G·马蒂尼; 尼; M·基尔尼
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-09-29
Also published as: WO2003013004A2; EP1417769A2; US7039837B2; US20030034911A1; WO2003013004A3; JP2004537911A; KR20040018241A

Abstract

根据信源编码的信号部分的类型，有选择地将相应的检错码(CRC)加到相应的信源编码的信号部分中。而且，重要的信源编码信号部分可以被提供有相应的检错码，而不太重要的信源编码部分不被提供检错码。如果信源编码的信号包括信源编码数据包，则该检错码(CRC)可以与给定的信源编码的数据包(p2)的一部分相关，例如与一个标题(H)相关。

Description

信号编码

技术领域

本发明涉及编码数字信源信号，尤其涉及预测编码例如MPEG。

背景技术

由Raj Talluri发表在1998年6月出版的IEEE通信杂志上的文章″Error-Resilient Video Coding in the ISO MPEG-4 Standard″公开了视频编码技术的误差弹回方式，尤其是在ISO MPEG-4标准中标准化的那些视频编码技术的误差弹回方式。当通过无线通信信道传输压缩的视频数据时，数据受到比特差错和脉冲串误差形式的信道误差的影响。通常，为了使得视频信号编解码对于信道衰减更具弹性，在将比特数据流传输到该解码器之前由编码器采用例如瑞得-所罗门码、BCH码和卷积码的前向纠错(FEC)码，以便保护该比特数据流。在解码器，这些码随即被用于纠正在比特数据流中由于该信道噪声造成的误差。通常，FEC被用来向压缩比特数据流提供一个特定级的保护，残留的误差则由误差弹回视频解码器处理。为了处理该残留误差，在视频解码器需要如下阶段：误差检测和定位、再同步、数据恢复和误差掩蔽。FEC技术还可以用于检测出误差并且把该误差的位置传送到视频解码器，以使该视频解码器能够掩蔽该误差。除了FEC之外，在该视频解码器还应用语法和语义误差检测技术，以使该视频解码器能够检测比特数据流何时受到信道误差的破坏。由于视频压缩算法的性质，解码器在比特数据流中检测到的误差位置与该误差实际出现的位置不同，而是距该实际出现位置某种未定距离。一旦解码器检测到一个误差，就将失去与该编码器的同步。随即对该解码器采用再同步方案来使其回到与该编码器的锁定步骤。采用在ISO MPEG-4标准中的、使压缩视频数据能在有噪声的无线信道进行通信的专用工具包括再同步策略、数据划分、可逆VLC和标题扩展码。

发明内容

本发明的一个目的是提供改进的误差检测技术。为此目的，本发明提供了如独立权利要求中所定义的编码、传输、解码、接收、一个信号和一个存储介质。在从属权利要求中定义了有利的实施例。

本发明基于这种见解，即，如果出现的误差不违反该数据语法，则在接收数据的数据流中的基于利用语法误差的一个误差检测可能会失败。在这种情况下，将会进行忽略误差的信源解码处理。随即可能出现同步的丢失。另一方面，在信道编码级的误差处理并不考虑该误差对于这信源解码的影响。如果出现误差，该信道解码器可能跳过信号的一部分，尽管该误差可能已经由该信源解码器处理或对再生的质量可能只有较小的影响。

在第一实施例中，提供一个信源编码信号，并且根据信源编码信号部分的类型把相应的检错码有选择地加到相应的信源编码信号部分。通过把检错码加到该信源编码信号，提供了一种附加的误差检测，可用于在一个信源解码器中辅助语法误差检测。

在一个解码过程中，最好估算被加到该信源编码信号的检错码。如果出现误差，则信源编码信号的相关部分由具有误差的数据语法(语法违反字)的一个序列所替换，以便强制使该信源解码器检测此误差并且执行误差掩蔽。该语法违反字可以是一个全零字。而且，某些字段可以用于语法违反值，例如在范围之外并且与在信源解码器中一样处理的值。在MPEG-4视频传输中，对于该数据包标题中的宏块数字Mb数字，可以包括一个零字或一个全一字。由于检错码被包含在已经被信源编码的信号中，并且在信源解码之前，该检错码被从该信源编码的信号中删除，所以保持了与该给定信源编码标准的兼容性。换句话说，提供了一个对于信源编码和解码透明的系统。本实施例提供了在信源编码之后添加一种计及源信息的误差检测的可能性。该源信息可例如根据信源编码的类型而预先得知，或可以由一个信源编码器提供。例如，重要的部分可被提供有一种检错码，而不重要的部分不被提供检错码。比其它部分更需要保护的数据包被提供有误差检验码而其它数据包则不被提供。还可能将更长或更多的误差检验码用于更重要的数据包。一个主要特征是，利用关于该信源的信息，以便确定在何处将检错码添加到该信源编码的信号。对于某些部分，信源解码器级的数据辅助的误差检测就足够，而用于一些其它的部分，为了支持数据辅助的误差检测则需要添加检错码。如果检测到一个误差，该分区则由一个易于被识别出误差的语法违反字替换。误差掩蔽被留给信源解码器。通常，与由于出现误差而将整个数据包替换为零的情况相比，这可能获得更好的误差掩蔽。原本使得该数据包在信道解码级被替换的误差可能不再是非常重要的，并且能够由信源解码器中的误差掩蔽来处理。

在实际的实施例中，仅标题被提供有检错码，而数据分区则没有。出现在数据分区中的误差完全由该信源解码器处理。例如在MPEG的情况下，如果在一个数据分区中出现一个误差，只有该MPEG解码器会去处理此误差，即该MPEG信源解码器将在宏块级执行误差掩蔽。因此，宏块中的一个比特误差的结果仅在宏块级接受处理，而不能引起整个数据包的丢失。

本发明的几个方案可被用作一个信源编码器或信道编码器的增强。在实际的实施例中，一个标准的预定信源编码被用于耦合到一个标准的预定信道编码器。附加检错码的插入能因此被解释为在该信源编码和该信道编码之间的一个中间层。这种解决方案对标准的预定信源编码和标准的预定信道编码是透明的，这意味着能够使用该标准的信道编码和信源编码。参考该开放系统互连(ISO)参考模型，这能够被看作在一个应用层和一个数据传输层之间的一个中间层。

在实际的实施例中，该检错码是循环冗余码(CRC)。CRC码在误差检测技术中是公知的。这些码是缩短的循环码。一个CRC编码器把P奇偶校验位附加到一个输入的二进制信息串，其方式是使产生的码字对应于p次生成多项式的多项式倍数。使用线性反馈移位寄存器(LFSR)从信息块计算奇偶校验位的块，方式是：

r(x)＝(x^p·i(x))mod(g(x))

其中

i(x)＝i_o+i₁x+...+i_k-1x^k-1

以及

r(x)＝r_o+r₁x+...+r_p-1x^p-1

分别是被解释为多项式的信息和奇偶校验位，其中g(x)是编码的生成多项式，并且以该LFSR实现。在接收机端的误差检测是通过从接收的信息块计算该奇偶校验位并且将其与接收的奇偶校验位比较来执行的。请参阅J.G.Proakis的“Digital Communications”(McGraw-Hill1995年出版，第386页)和G.C.Clark、J.B.Cain的“Error-correctioncoding for Digital Communications”(Plenum 1981年出版，72页)。

需要注意的是，US-A 5,991,912公开了一种通信系统，其中以多单元传输包含压缩数字信号的数据包，通常以异步传输模式格式传输。当收到这些单元时，要作出关于是否单元已经丢失、是否插入附加单元、或是否有比特误差出现在该单元的传输中的确定。如果是，则以空数据包替换该误差数据包并且发送到图像解压缩层。这将防止当把出错的MPEG数据包从传输系统传送给MPEG解码器和视频显示系统时可能出现的不希望的视频图像冻结和阻塞。MPEG数据包放置于一个会聚子层协议数据单元(CS-PDU)，而有关MPEG数据包的长度或数据包的信息被存储在该CS-PDU中的尾部字段中。该CS-PDU被映射到ATM单元。除长度检验之外，还使用出现于该尾部字段中的一个周期冗余校验(CRC)对该接收的CS-PDU进行误差查验。如果已经接收到错误的CS-PDU，则用空MPEG数据包替换该出错的数据包。如果在CS-PDU的任何部分检测到误差，则将包含在CS-PDU中的全部MPEG数据包(至少一个)替换为空数据包，丢弃不一定是错误的大量的数据。

附图说明

从下文参照实施例的说明和描述，本发明的上述和其它方面将变得明显。

图1示出根据本发明一个实施例的一个发射机装置；

图2示出根据本发明一个实施例的一个接收机装置；

图3示出根据本发明一个实施例的向一个视频目标平面组中包含检错码；

图4示出根据本发明实施例的使用原始填充比特来替换视频目标平面组中的检错码的情况；

图5示出根据本发明一个实施例的在一个正比不等误差保护(P-UEP)方案中的视频目标平面/数据包标题CRC插入；

图6示出根据本发明另一实施例的在一个长度字段辅助方案中的视频目标平面/数据包标题CRC插入；

图7示出根据本发明一个实施例的一个接收机；和

图8示出根据本发明另一实施例的一个接收机。

具体实施方式

图1示出根据本发明一个实施例的一个发射机装置。该发射机装置包括输入单元1和发射机2。输入单元1可以是某些网络连接、(一个天线)、存储介质等。发射机2把信道编码输出提供到介质3，该介质3可以是某些网络连接、天线、存储介质等。发射机2包括一个信源编码器20，把信源编码信号提供到数据包缓存器21。一个CRC插入单元22把至少一个CRC码添加到从数据包缓存器21获得的该信源编码的数据包。CRC最好涉及需要它的一个分区(根据源信息)，例如一个给定信源编码数据包p1的标题H。在此情况中，CRC可以插在紧接该标题H之后(如果标题的长度是固定的或已知的)，产生一个数据包p2。除标题H之外，数据包p1和p2包含数据d。包括CRC的信源编码数据包p2被提供到一个信道编码器21，以便获得一个信道编码信号。信道编码器最好仅执行一个前向纠错编码。信道编码的信号被提供到多路复用器24，使得信道编码的信号适于传输/存储到输出单元/存储介质3。如图1表示，CRC可以根据标题数据估算，并且相关于标题的CRC字段可以加到数据包。如果标题的长度是固定和/或已知，则该CRC字段可以插在该标题之前或之后。

图2示出根据本发明一个实施例的接收机装置。接收机装置包括接收机4和例如显示器的输出单元5。接收机从介质3获得一个信道编码的信号。此信道编码的信号被缓存在一种数据包缓存器40中。信道编码的数据包被提供到信道解码器41，以便获得信道解码的数据包，该信道解码的数据包与信源编码的数据包相似但是仍然带有CRC码。在CRC检验单元42中检验并且删除该CRC码。在CRC检测中揭示在比特数据流的相关部分出错的情况中，在一个替换单元43中产生一个语法违反字。此替换单元可以包括存储着适当的语法违反字的一个查询表。在多路复用器44中，该语法违反字被替换到该通道解码的数据包，最好不改变该数据包长度。该通道解码的数据包随后被提供到一个信源解码器，该信源解码器使用语法误差检测和误差掩蔽。通过包括该语法违反字，强制使该信源解码器检测误差已经出现。具体地说，整个分区或它的一部分可以利用不正确的、同样容易识别的数据代替。

下面描述的一种建议的技术用于MPEG-4视频传输的特定情况，但是它可以应用在数据辅助误差检测不足以保证检测效果以及需要以一种透明方式(即以不改变标准的方式)执行误差检测的任何情况。

MPEG-4是用于视频压缩的ISO/IEC标准，主要考虑针对数字存储介质的基于内容的存取和用于数字视频通信。以视频目标(VO)、视频目标层(VOL)、视频目标平面组(GOV)、视频目标平面(VOP)和数据包构造该MPEG-4编码的比特数据流。视频目标(VO)对应于用户能够存取和操作的比特数据流中的一个实体。在一给定时间中的视频目标的情况被称作视频目标平面(VOP)。一个VO可包括一个或多个层(VOL)。GOV层是一个可选层，其标题表示绝对时间，并且可以被用于随机存取和误差恢复的目的。为了实现同步，比特数据流的每一部分的开始由相关的起始码指示。起始码是独有的字，可从可变长度编码的字的任何合法序列中识别出。在下列描述中，H1表示用于VO的起始码，H2表示用于VOL的起始码，H3表示用于GOV的起始码，H4表示用于VOP的起始码，H5表示数据包起始码(再同步标记)。如果出现误差，起始码模拟是可能的，与丢失检测相同。

为了增加MPEG-4视频的误差鲁棒性，可以在MPEG-4标准中使用某些误差弹回工具(见上述Talluri的文章)。具体地说，为了使得再同步更容易并降低数据损失，MPEG-4比特数据流可以在数据包中进行分隔，其大小可以根据应用条件来选择。包含在一个数据包中的信息可随即在不同的分区中进行分隔(数据分区工具)，如果第二个分区受到误差的影响，则至少允许第一分区数据的使用。还可以使用可逆的可变长度码来辅助误差的定位并降低丢弃的数据量。最终，标题扩展码允许在单一数据包中的VOP标题信息的重复，如果丢失，则允许该VOP标题信息的重复。不考虑上述的工具，MPEG-4视频在有噪声的信道之上的传输仍然是危险的。

根据本发明的一个实施例，当误差被检测到时，在信源解码级执行误差掩蔽，以便允许以一个可接受的质量重建该视频序列。为了执行误差掩蔽而不使用存在误差的数据，对于MPEG-4视频传输来说，误差检测是决定性的：因为误差数据可能通过VOP传播而降低接收的视频序列的质量，所以当前VOP和预测(随后)VOP的质量都利用到了良好的检测技术。而且，如果误差不被正确地检测，共同使用的MPEG-4解码器将无法完成其任务。具体地说，如果接收的GOV、VOP或数据包标题数据在某些特定比特中包含误差，则这些误差不由该MPEG-4解码器检测并且将以误差的标题信息执行解码。这将可以导致例如时间基准的丢失或同步的丢失，使得解码器无法执行其任务。因为是在MPEG-4解码级执行，基于数据的误差检测不保证误差检测的效果，尤其是对于标题数据的误差检测。因此需要在标题分区中提供误差检测的一种附加技术，以便避免利用误差的数据执行解码处理以及允许MPEG-4解码器执行其任务。

根据一个实施例的解决方案包括：利用所描述的透明技术在信道级执行对于标题数据的误差检测，直到涉及数据分区，不改变该误差检测策略。因此，误差检测由信道编解码器和信源解码器联合执行。这意味着，数据辅助的误差检测仍然用于标题分区，以便识别替换到原始的序列的易于检测的误差序列，但是它与描述的透明的技术联合使用。利用关于信源的信息来选择适于每一分区的检测技术。下面描述用于GOV标题误差检测和用于VOP/数据包标题误差检测情况的建议技术。

图3示出根据本发明一个实施例的向一个视频目标平面组中包含检错码。如上所述，一个GOV是标题中包含重要时间信息的一个视频目标平面组。其对于正确地接收一个GOV标题，或至少检测在信道解码之后仍然存在的误差是重要的。之后可以应用一个正确的策略。一个GOV标题是一个固定长度的字段(20比特)，总是跟随有四个用于字节完整性的填充比特。这些填充比特仅使用于信源解码器级，实现一个起始码的存在的确认，并且组成一个固定的序列(一个0跟随有三个1)。由于它不需要传输填充比特(这些是数量固定并且组成一个已知的序列)，有可能利用这四个比特来传输GOV标题奇偶校验位。在接收机处，在信道解码之后执行CRC检测。如果检测到误差，用从同样易于检测的那些当中选出的另一误差序列替换到GOV标题。原始填充比特随即被替换到CRC比特(见图4)，并且该产生的比特数据流被馈送到MPEG-4解码器。因此保持了与该标准的兼容性。而且由于填充比特的使用，在本实施例中不引入额外冗余。

图5示出根据本发明一个实施例的在一个VOP/数据包标题中包含检错码。在VOP/数据包标题的情况下，不可能利用填充比特，因为这些填充比特不是一个固定数量。因此把一种额外冗余加到该比特数据流。在本实施例中，标题的CRC比特插入在相关启始码之后。通过在欧洲专利申请00202531.0(代理人卷号PHIT000007)中建议的，通过数据包长度的百分比来确定该数据包的相应分区的长度。本实施例，CRC比特最好放置在标题H之前，因为标题的长度不固定并且不确切得知。包括该标题的数据分区是一个数据包长度的固定百分比。因此，根据该数据包长度的百分比确定考虑用于执行CRC检测的长度。因此可以针对比特数据流的一部分执行CRC检测，无需与该标题确切一致。最好以欧洲专利申请00202530.2(代理人卷号PHIT000006)建议的无线起始码WH1...WH5代替该MPEG-4信源编码信号中的起始码，以便获得一个信号WMPEG-4，它是适于无线传输的MPEG-4信号。

图6示出根据本发明另一实施例的在长度字段辅助方案中的VOP/数据包标题CRC插入。该长度字段是用于该正比于长度的选择方案。该长度字段同样在欧洲的专利申请00202530.2(代理人卷号PHIT000006)中被建议。从适当插入比特数据流中的一个长度字段L读出该数据包分区的长度。

图7示出根据本发明一个实施例的接收机，它向P-UEP解码情况下的透明检测提供了根据本发明另一实施例的起始码检测和替换。这里的接收机4包括一个起始码检测电路50，它把输入信号与无线起始码进行比较。如果检测到一个起始码，则用信号将此检测发送到该数据包缓存器40和一个起始码替换单元51。起始码替换单元产生对应于检测的无线起始码的原始起始码，并且把该原始的起始码提供到多路复用器44。该多路复用器包括在输出比特数据流中的原始起始码，其位置对应于该检测的无线起始码的位置。确定该分区长度的百分比被存储在该解码器中。在信道解码之后估算CRC。如果该检验揭示已经出现了误差，则利用易于被检测为不正确的一个比特序列替换该标题。随即从将要馈送到MPEG-4解码器的比特数据流中删除CRC比特。该MPEG-4解码器可以随即执行该数据包的误差掩蔽。因为不需要修改MPEG-4解码器来读出CRC比特和执行CRC检验，就像这些操作在以前执行那样，以一种透明的方式，因此该CRC比特插入是完全兼容于标准的。作为一个易于被检测出是错误的序列的实例，考虑以全0序列替换该标题的第一部分：该数据包标题中的第一组比特表示宏块数字(Mb数字)。它表示在数据包中的编码的第一宏块的序数；因此它是一个递进数字。如果考虑的解码器的实施方案根据该Mb数字的递进而执行误差检测，则该全0序列的插入将使得该MPEG-4解码器检测一个误差(除非考虑一个VOP的第一数据包)以及启动掩蔽。以一个全1的序列替换对应于Mb数字的该序列可以获得一个类似的效果。该Mb数字是长度在1比特和14比特之间的一个可变长度码。该码的实际长度取决于VOP中的宏块的总数；在VOP与帧一致的情况下，该长度仅取决于序列格式，并且它因此对于一个固定的序列格式而固定。该码仅仅是该宏块数目的一个二进制表示。就设置为0(或1)的比特数目而论，应根据该序列的格式估算该比特数目。

利用该建议的技术，在有误差的情况下丢弃有限的数据量：基于信道的误差检测仅为比特数据流的某些部分执行，在这些部分中，数据辅助的误差检测不足以保证该检测(例如MPEG-4标题)；在这些情况中掩蔽单一(MPEG-4)数据包。如果这些部分中没有出现误差，则执行数据辅助的误差检测，并且因此仅掩蔽包含误差的宏块；这意味着仅丢弃该数据包中在误差数据附近的小量数据。这由所考虑的联合的信源-信道方案实现。

只有在该标题分区中(即从检测的角度看通常为最关键的分区中)的误差引起整个(MPEG-4)数据包(但仅一个)的掩蔽。如上面解释的那样，如果在数据分区中出现误差，则由该(MPEG-4)解码器处理误差检测，因此在宏块级执行的误差掩蔽，仅丢弃在该数据包中的小量数据。

图8示出根据本发明另一实施例的接收机，它提供了在具有RCPC码的长度字段辅助的UEP的情况下利用起始码检测和替换的透明检测。本实施例类似于图7的接收机。另外，图8的接收机被配置成检测包括在该编码信号中的长度字段。该接收机4包括一个长度字段检测器52。在以一个原码率来信道解码该输入信号的一个信道解码器410中细分该信道解码器。从产生的信道解码的信号中读出该长度字段。根据该长度字段确定该分区的长度，这些长度被用于通过在单元411中解刺穿(depuncturing)来进一步信道解码该信号。该长度还提供到CRC检验单元42。

应该注意的是，该上述实施例的说明不是对本发明的限制，本领域技术人员将能在不背离所附权利要求书的范围的条件下设计许多可选实施例。在权利要求书中，在括号之间的任何附图标记不被解释为限制该权利要求。单词’包括’并不排除在权利要求中所列举内容之外的其它单元或步骤的存在。本发明能够利用若干不同的单元硬件实现以及利用适当的程序控制计算机实现。在列举若干装置的装置权利要求中，若干这些装置能够由同一个硬件实现。在互不相同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表明这些措施的组合不能被优化使用。

Claims

1.一种编码方法，包括步骤：

提供一个信源编码信号，并且

根据信源编码信号部分的类型把相应的检错码有选择地添加到相应的信源编码信号部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中重要的信源编码信号部分被提供有相应的检错码，而不太重要的信源编码部分不被提供检错码。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该信源编码信号包括信源编码数据包，并且其中一种给定检错码与给定信源编码的数据包的一部分相关。

4.根据权利要求3所述的方法，其中该给定检错码与该给定数据包的一个标题相联。

5.根据权利要求4所述的方法，其中该给定的检错码放置在紧接该标题的前面。

6.根据权利要求1所述的方法，其中该添加步骤包括用该检错码的至少一部分替换该信源编码的信号的一部分。

7.根据权利要求6所述的一种方法，其中该信源编码的信号包括填充比特，并且其中通过替换该填充比特把检错码加到该信源编码的信号。

8.一种编码器包括：

用于提供一个信源编码信号的装置，以及

用于根据信源编码信号部分的类型把相应的检错码有选择地添加到相应的信源编码信号部分的装置。

9.一种进行传输的方法，包括步骤：

提供一个信源编码信号，

根据信源编码信号部分的类型把相应的检错码有选择地添加到相应的信源编码信号部分，以及

对包括该检错码的信源编码的信号进行信道编码。

10.一种发射机包括：

用于提供一个信源编码信号的装置，

用于根据信源编码信号部分的类型把相应的检错码有选择地添加到相应的信源编码信号部分的装置，以及

用于对包括该检错码的信源编码的信号进行信道编码的装置。

11.用于解码包括检错码的一个信源编码的信号的一种方法，根据信源编码的信号部分的类型，该相应的检错码与相应选择的信源编码的信号部分相关，该方法包括步骤：

检验该检错码，以便确定该信源编码的信号是否包括一个误差，

删除该检错码，以及

在该信源编码的信号包括一个误差的情况下，以一个替换码字替换该信源编码的信号的至少一部分，以便指示一个信源解码器已经出现了误差。

12.用于解码包括检错码的一个信源编码的信号的一个解码器，根据信源编码的信号部分的类型，该相应的检错码与相应选择的信源编码的信号部分相关，该解码器包括：

用于检验该检错码，以便确定该信源编码的信号是否包括一个误差的装置，

用于删除该检错码的装置，以及

用于在该信源编码的信号包括一个误差的情况下，以一个替换字替换该信源编码的信号的至少一部分，以便指示一个信源解码器已经出现了误差的装置。

13.包括根据权利要求12所述的一个解码器的接收机，该接收机进一步包括用于再生该解码的信源编码信号的一个再生单元。

14.包括检错码的一个信源编码的信号，根据信源编码的信号部分的类型，相应的检错码与相应选择的信源编码的信号部分相关。

15.其上存储有根据权利要求14中所述的一个信源编码的信号的存储介质。