CN111935485A - 一种rs码前向纠错方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种RS码前向纠错方法及装置。该方法包括如下步骤：接收网络接收端发送的反馈数据包，获得反馈数据包携带的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率；根据当前网络状态下的数据传输丢包率，向网络接收端发送预设数量的由编码矩阵和数据矩阵相乘得到的原始媒体包和冗余包；网络接收端根据原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系，恢复出丢失的数据包。该方法可以根据冗余包最大程度的恢复出原始媒体包，不仅可以更好的解决因网络传输造成的网络数据包的突发丢包和随机丢包现象的问题，而且还可以保证音视频流的解码完整性和实时性，保障音视频通话的质量。

Description

一种RS码前向纠错方法及装置
技术领域
本公开涉及一种RS码前向纠错方法，同时也涉及实现该RS码前向纠错方法的装置，属于视频编码技术领域。
背景技术
随着数字视频技术的发展，视频信息在基于包交换的网络中进行传输的应用日益增多，像在IP网络中进行视频电话、视频会议这样的业务正在迅猛增加。但是由于现有包交换的网络尽力而为的特点，使得数据包在传输过程中发生丢包现象是不可避免的。并且，目前应用的视频图像标准(如H.263、MPEG和H.264)均采用压缩编码的方式，由于编码中去掉了视频信息中的大量冗余信息，数据帧间的相关性很大，关键帧(如I帧)数据包的丢失不仅导致本帧数据包无法解码，而且会导致其他依赖帧(如P帧、B帧)数据包也不能正常解码，即会发生视频数据包的错误传递，从而严重影响视频图像的传输质量。有研究表明，3％的视频数据包丢失可以导致30％的数据帧无法解码。因此，如何保证视频信息在包交换网络中的服务质量是目前视频通信的研究重点。
前向纠错(Forward Error Correction，简称FEC)是一种被广泛应用于通信***中的纠错技术，发送端将负载数据加上一定的冗余纠错码一起发送，接收端根据接收到的冗余纠错码对数据进行差错检测，如果发现差错，则利用纠错码进行纠错。当FEC工作于传输层或应用层时，其处理的基本对象为数据包，可用来恢复网络中的丢包。
ULPFEC(Uneven Level Protection FEC，直译为非均等保护前向纠错)是WebRTC实现FEC的方案之一。ULPFEC由RFC5109定义，在WebRTC中以RED格式进一步封装在RTP中传输，该标准使用异或操作基于多个多媒体数据包生成FEC数据包，然后在接收端根据FEC数据包和已接收数据包恢复丢失的数据包。
发明内容
本公开所要解决的首要技术问题在于提供一种RS码前向纠错方法。
本公开所要解决的另一技术问题在于提供一种RS码前向纠错装置。
为了实现上述目的，本公开采用下述技术方案：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种RS码前向纠错方法，包括：
接收网络接收端发送的反馈数据包，获得所述反馈数据包携带的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率；
根据当前网络状态下的数据传输丢包率，向所述网络接收端发送预设数量的由编码矩阵和数据矩阵相乘得到的原始媒体包和冗余包；
所述网络接收端根据原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系，恢复出丢失的数据包。
其中较优地，根据当前网络状态下的所述数据传输丢包率，确定出向所述网络接收端发送的原始冗余包的数量，所述原始冗余包的数量为向所述网络接收端发送的原始媒体包的数量与当前网络状态下的所述数据传输丢包率的乘积。
其中较优地，在向所述网络接收端发送预设数量的原始媒体包和冗余包时，先将每一个完整网络帧数据中的媒体包进行分组，再将每组媒体包中设置相同数量的冗余包后，一并发送到所述网络接收端。
其中较优地，所述编码矩阵基于RS编码算法生成，并且所述编码矩阵满足任意子矩阵可逆的条件。
其中较优地，所述编码矩阵中的数据块的行数为所述原始媒体包和冗余包的数量之和，所述编码矩阵中的数据块的列数与所述原始媒体包的数量相同。
其中较优地，所述原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系为：所述原始媒体包的数据矩阵等于所述实际接收的媒体包和冗余包与该实际接收的媒体包和冗余包对应的编码矩阵的逆矩阵的乘积。
其中较优地，丢失的数据包为媒体包和冗余包中的任意一种或组合，所述丢失的数据包的数量不超过所述原始冗余包的数量。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种RS码前向纠错装置，包括：
数据获取单元，用于接收所述网络接收端发送的反馈数据包，获得所述反馈数据包携带的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率；
数据传输单元，用于根据当前网络状态下的所述数据传输丢包率，向所述网络接收端发送预设数量的由编码矩阵和数据矩阵相乘得到的原始媒体包和冗余包；
数据恢复单元，用于根据所述原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系，恢复出丢失的数据包。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述的方法。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述的方法。
本公开实施例提供的RS码前向纠错方法及装置通过数据矩阵和采用RS编码算法生成的编码矩阵得到向网络接收端发送的媒体包和冗余包，从而便于根据冗余包最大程度的恢复出原始媒体包。该方法不仅可以更好的解决因网络传输造成的网络数据包的突发丢包和随机丢包现象的问题，而且还可以保证音视频流的解码完整性和实时性，保障音视频通话的质量。
附图说明
图1～图3为现有采用ULPFEC算法实现恢复网络数据在网络传输中所丢失的数据包的过程示意图；
图4为本公开实施例提供RS码前向纠错方法的流程图；
图5为本公开实施例提供RS码前向纠错方法中，RS编码示意图；
图6为本公开实施例提供RS码前向纠错方法中，网络传输丢包示意图；
图7～图9为本公开实施例提供RS码前向纠错方法实现恢复网络数据在网络传输中所丢失的数据包的过程示意图；
图10为本公开实施例提供RS码前向纠错装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本公开的技术内容做进一步的详细说明。
如图1～图3示出的现有采用ULPFEC算法实现恢复网络数据在网络传输中所丢失的数据包的过程中，首先将一组M个报文进行异或，生成N(N为FEC的冗余度)个FEC报文，从网络发送端打包发送至网络接收端，如图1所示。其中，D为媒体包(如D1～D4)，R为冗余包。
如图2所示，网络发送端发送的媒体包和冗余包在网络传输中同时丢失了D2和D3两个媒体包，使得网络接收端接收的媒体包中缺少媒体包D2和D3。网络接收端对所丢失的媒体包D2和D3的恢复过程如图3所示，网络接收端先通过接收到的冗余包R1恢复媒体包D2的媒体包，然后再通过接收到的媒体包D1、媒体包D4、冗余包R2和恢复出的媒体包D2一起来恢复出媒体包D3。而如果同时丢失媒体包D1和D2，或者媒体包D3和D4，或者媒体包D3和冗余包R2，或者媒体包D4和冗余包R2，ULPFEC算法都无法正常恢复出丢失的数据包。
因此，ULPFEC算法不管是在突发丢包场景还是随机丢包场景中，都无法恢复多数的丢包情况，从而不能很好的解决网络数据在网络传输中因丢包而造成的质量下降的问题。
为了克服上述问题，如图4所示，本公开实施例提供RS码前向纠错方法，包括：
步骤10、接收网络接收端发送的反馈数据包，获得反馈数据包携带的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率。
在当前网络状态下，在网络发送端与网络接收端之间进行网络数据传输时，网络接收端会根据接收的网络发送端发送的网络数据包，统计出该网络状态下进行网络数据传输时的丢包率。
网络接收端可以通过RTCP RR(Real-time Transport Control Protocol，实时传输控制协议；Receiver Reports，接收者报告)报文的形式向网络发送端发送反馈数据包。该反馈数据包中携带了网络接收端统计的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率。
值得说明的是，上述网络发送端网络发送端可以是计算机、网络服务器、智能手机、平板电脑等。该网络接收端可以为计算机、智能手机、平板电脑等。该网络数据包可以为视频数据包、音频数据包或者音视频数据包，但不仅局限于此。
步骤20、根据当前网络状态下的数据传输丢包率，向网络接收端发送预设数量的由编码矩阵和数据矩阵相乘得到的原始媒体包和冗余包。
根据当前网络状态下的数据传输丢包率，确定出向网络接收端发送的原始冗余包的数量，该原始冗余包的数量为向网络接收端发送的原始媒体包的数量与当前网络状态下的数据传输丢包率的乘积。例如，当前网络状态下的数据传输丢包率为50％，而向网络接收端发送的媒体包的数量为10个，则向网络接收端发送的原始冗余包的数量为5个。
在向网络接收端发送预设数量的原始媒体包和冗余包时，需要先将每一个完整网络帧数据中的媒体包进行分组，每组媒体包的数量依实际需求而定。然后将每组媒体包中设置相同数量的冗余包后，一并发送到网络接收端。例如，某一个完整网络帧数据包括100个媒体包，可以拆分成10组，每一组包括10个媒体包，同样如果当前网络状态下的数据传输丢包率为50％，则将每一组媒体包中分别设置5个冗余包后，将每一组的10个媒体包和5个冗余包一并发送到网络接收端。
向网络接收端发送的预设数量的原始媒体包和冗余包由编码矩阵和数据矩阵相乘得到。其中，编码矩阵基于RS编码算法生成，并且编码矩阵需要满足任意子矩阵可逆的条件。编码矩阵中的数据块的行数为原始媒体包和冗余包的数量之和；编码矩阵中的数据块的列数与原始媒体包的数量相同。数据矩阵的行数与原始媒体包的数量相同，数据矩阵的列数为1。为了方便数据存储，编码矩阵上部为与原始媒体包对应的编码矩阵，下部为与原始冗余包对应的编码矩阵。
编码矩阵基于RS编码算法生成时，RS编码以word为编码和解码单位，大的数据块拆分到字长为w(取值一般为8或者16位)的word，然后对word进行编解码。数据块的编码原理与word编码原理相同，变量Dn，Cm将代表一个word。把输入数据(媒体包)视为向量D＝(D1,D2,…,Dn)，n为原始媒体包的数量，编码后数据(媒体包和冗余包)视为(D1,D2,…,Dn,C1,C2,…Cm),m为原始冗余包的数量。
在本公开的一个实施例中，假设网络发送端向网络接收端发送原始媒体包D1～D5和冗余包C1～C5；如图5所示，原始媒体包D1～D5和冗余包C1～C5由编码矩阵B和数据矩阵D相乘得到。
步骤30、网络接收端根据原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系，恢复出丢失的数据包。
原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系为：原始媒体包的数据矩阵等于实际接收的媒体包和冗余包与该实际接收的媒体包和冗余包对应的编码矩阵的逆矩阵的乘积。
其中，丢失的数据包可以是媒体包和冗余包中的任意一种或组合。并且，丢失数据包的数量不超过(小于等于)原始冗余包的数量。即采用本RS码前向纠错方法可以最多恢复与原始冗余包数量相同的任意随机丢失的数据包。
在本公开的一个实施例中，如图6所示，假设网络发送端向网络接收端发送原始媒体包D1～D5和冗余包C1～C5时，网络接收端实际接收的媒体包和冗余包中缺少了媒体包D1和D4、冗余包C2，下面具体描述缺失的媒体包和冗余包的恢复过程。
如图7所示，在原始媒体包D1～D5和冗余包C1～C5对应的编码矩阵中，删除与缺失的媒体包和冗余包对应的数据块的所在行，得到实际媒体包D2、D3、D5和冗余包C1、C3(如图7示出的实际媒体包和冗余包Surviors)与该实际媒体包D2、D3、D5和冗余包C1、C3对应的编码矩阵B’和原始媒体包对应的数据矩阵D的关系，具体为：实际媒体包和冗余包对应的编码矩阵B’和原始媒体包对应的数据矩阵D的乘积等于实际媒体包和冗余包Surviors。
根据实际媒体包和冗余包对应的编码矩阵B’，得到该编码矩阵B’的逆矩阵B’-1。由于编码矩阵B’是可逆的，因此编码矩阵B’与其逆矩阵B’-1的乘积为单位矩阵。
如图8所示，根据实际媒体包D2、D3、D5和冗余包C1、C3与该实际媒体包和冗余包对应的编码矩阵B’及该编码矩阵B’的逆矩阵B’-1和原始媒体包D1～D5对应的数据矩阵D的关系，具体表示为：实际媒体包和冗余包对应的编码矩阵B’及该编码矩阵B’的逆矩阵B’-1和原始媒体包对应的数据矩阵D的乘积等于编码矩阵B’的逆矩阵B’-1与实际媒体包和冗余包的乘积，从而得到图9所示的原始媒体包的数据矩阵等于实际接收的媒体包和冗余包Surviors与该实际接收的媒体包和冗余包对应的编码矩阵B’的逆矩阵B’-1的乘积。
根据图9所示的原始媒体包的数据矩阵等于实际接收的媒体包和冗余包Surviors与该实际接收的媒体包和冗余包对应的编码矩阵B’的逆矩阵B’-1的乘积，可以恢复出丢失的媒体包D1和D4、冗余包C2。
此外，如图10所示，本公开实施例还提供一种RS码前向纠错装置，包括：
数据获取单元100，用于接收网络接收端发送的反馈数据包，获得反馈数据包携带的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率。
数据传输单元200，用于根据当前网络状态下的数据传输丢包率，向网络接收端发送预设数量的由编码矩阵和数据矩阵相乘得到的原始媒体包和冗余包。
数据恢复单元300，用于根据原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系，恢复出丢失的数据包。
值得说明的是，本公开实施例提供的RS码前向纠错装置的具体实现方式可以参见上述图4～图9对应的方法实施例，此处不再赘述。
另外，本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行如上述图4～图9所述的RS码前向纠错方法，此处不再赘述其具体实现方式。
另外，本公开实施例还提供一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行如上述图4～图9所述的RS码前向纠错方法，此处不再赘述其具体实现方式。
本公开实施例提供的RS码前向纠错方法及装置通过数据矩阵和采用RS编码算法生成的编码矩阵得到向网络接收端发送的媒体包和冗余包，从而便于根据冗余包最大程度的恢复出原始媒体包。该方法不仅可以更好的解决因网络传输造成的网络数据包的突发丢包和随机丢包现象的问题，而且还可以保证音视频流的解码完整性和实时性，保障音视频通话的质量。
以上对本公开所提供的RS码前向纠错方法及装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本公开实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本公开专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种RS码前向纠错方法，其特征在于包括如下步骤：
接收网络接收端发送的反馈数据包，获得所述反馈数据包携带的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率；
根据当前网络状态下的数据传输丢包率，向所述网络接收端发送预设数量的由编码矩阵和数据矩阵相乘得到的原始媒体包和冗余包；
所述网络接收端根据原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系，恢复出丢失的数据包。
2.如权利要求1所述的RS码前向纠错方法，其特征在于：
根据当前网络状态下的所述数据传输丢包率，确定出向所述网络接收端发送的原始冗余包的数量，所述原始冗余包的数量为向所述网络接收端发送的原始媒体包的数量与当前网络状态下的所述数据传输丢包率的乘积。
3.如权利要求1所述的RS码前向纠错方法，其特征在于：
在向所述网络接收端发送预设数量的原始媒体包和冗余包时，先将每一个完整网络帧数据中的媒体包进行分组，再将每组媒体包中设置相同数量的冗余包后，一并发送到所述网络接收端。
4.如权利要求1所述的RS码前向纠错方法，其特征在于：
所述编码矩阵基于RS编码算法生成，并且所述编码矩阵满足任意子矩阵可逆的条件。
5.如权利要求1所述的RS码前向纠错方法，其特征在于：
所述编码矩阵中的数据块的行数为所述原始媒体包和冗余包的数量之和，所述编码矩阵中的数据块的列数与所述原始媒体包的数量相同。
6.如权利要求1所述的RS码前向纠错方法，其特征在于：
所述原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系为：所述原始媒体包的数据矩阵等于所述实际接收的媒体包和冗余包与该实际接收的媒体包和冗余包对应的编码矩阵的逆矩阵的乘积。
7.如权利要求1所述的RS码前向纠错方法，其特征在于：
丢失的数据包为媒体包和冗余包中的任意一种或组合，所述丢失的数据包的数量不超过所述原始冗余包的数量。
8.一种RS码前向纠错装置，其特征在于包括：
数据获取单元，用于接收所述网络接收端发送的反馈数据包，获得所述反馈数据包携带的网络数据在当前网络状态下进行传输时的丢包率；
数据传输单元，用于根据当前网络状态下的所述数据传输丢包率，向所述网络接收端发送预设数量的由编码矩阵和数据矩阵相乘得到的原始媒体包和冗余包；
数据恢复单元，用于根据所述原始媒体包的数据矩阵与实际接收的媒体包和冗余包及其对应的逆编码矩阵的关系，恢复出丢失的数据包。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1～7中任意一项所述的RS码前向纠错方法。
10.一种包含指令的计算机程序产品，其特征在于，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1～7中任意一项所述的RS码前向纠错方法。
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