关于H.264视频编码传输的QoS特性分析

H.264标准继承了以前视频编码标准中某些优秀的错误恢复工具，同时也改进和创新了多种错误恢复工具。这里主要介绍H.264的错误恢复工具，包括参数集、灵活的宏块排序和冗余片RS等。


　　1. 参数集


　　参数集是H.264标准的一个新概念，是一种通过改进视频码流结构增强错误恢复能力的方法。H.264的参数集又分为序列参数集和图像参数集。其中，序列参数集包括一个图像序列的所有信息，即两个IDR图像间的所有图像信息。图像参数集包括一个图像的所有分片的所有相关信息，包括图像类型、序列号等，解码时某些序列号的丢失可用来检验信息包的丢失与否。多个不同的序列和图像参数集存储在解码器中，编码器依据每个编码分片的头部的存储位置来选择适当的参数集，图像参数集本身也包括使用的序列参数集参考信息。


　　众所周知，一些关键信息比特的丢失（如序列和图像的头信息）会造成解码的严重负面效应，而H.264把这些关键信息分离出来，凭借参数集的设计，确保在易出错的环境中能正确地传输。这种码流结构的设计无疑增强了码流传输的错误恢复能力。


　　参数集具体实现的方法也是多样化的：（1）通过带外传输，这种方式要求参数集通过可靠的协议，在首个片编码到达之前传输到解码器；（2）通过带内传输，这需要为参数集提供更高级别的保护，例如发送复制包来保证至少有一个到达目标；（3）在编码器和解码器采用硬件处理参数集。


　　2. 片、片组和FMO


　　一幅图像由若干片组成，每片包含一系列的宏块（MB）。MB的排列可按光栅扫描顺序，也可不按扫描顺序。每个片独立解码，不同片的宏块不能用于自身片中作预测参考。因此，片的设置不会造成误码扩散。


　　灵活的宏块排序FMO是H.264的一大特色，适用于H.264的基本档次和扩展档次的应用。

图像内部预测机制，例如帧内预测或运动矢量预测，仅允许用同一片组里的空间相邻的宏块。FMO通过宏块分配映射技术，把每个宏块分配到不按扫描顺序的片中。FMO模式划分图像的模式各种各样，重要的有棋盘模式、矩形模式等。当然FMO模式也可以使一帧中的宏块顺序分割，使得分割后的片的大小小于无线网络的MTU尺寸，经过FMO模式分割后的图像数据分开进行传输。

　　所有的MB被分成了片组0和片组1，相应地分别采用黄色和白色表示。当白片丢失时，因为其周围的宏块都属于其他片的宏块，利用邻域相关性，黄片宏块的某种加权可用来代替白片相应宏块。这种错误隐藏机制可以明显提高抗误码性能。实验证明，在CIF图像的视频会议中，在丢包率达10%时，视频失真低到需要训练有素的眼睛才能识别。使用FMO的代价是稍微降低了编码效率（因为它打破了原先非邻居MB之间的预测），而且在高度优化的环境中，有较高的时延。


　　3. 数据分割


　　通常情况下，一个宏块的数据是存放在一起而组成片的，数据划分使得一个片中的宏块数据重新组合，把宏块语义相关的数据组成一个划分，由划分来组装片。H.264视频编码标准使用了三种不同类型的数据分割。


　　（1）A型分割


　　A型分割是头信息划分，包括宏块类型、量化参数和运动矢量，这个信息是最重要的。


　　（2）B型分割


　　B型分割是帧内信息划分，包括帧内CBPs和帧内系数。帧内信息可以阻止错误的传播，该型数据分割要求给定分片的A型分割有效，相对于帧间信息，帧内信息能更好地阻止漂移效应，因此它比帧间分割更为重要。


　　（3）C型分割


　　C型分割是帧间信息划分，包括帧间CBPs和帧间系数，一般情况下它是编码分片的最大分区。帧间分割是最不重要的，它的使用要求A型分割有效。


　　当使用数据分割时，源编码器把不同类型的分割安排在3个不同的缓冲器中，同时分片的尺寸必须进行调整以保证小于MTU长度，因此是编码器而不是NAL来实现数据分割。在解码器上，所有分割用于信息重建。这样，如果帧内或帧间信息丢失了，有效的帧头信息仍然能用来提高错误隐藏效率，即有效的宏块类型和运动矢量，保留了宏块的基本特征，从而仍可获得一个相当高的信息重构质量，而仅仅丢失了细节信息。