专利名称：一种提高数字视频质量的方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种提高数字视频质量的方法。
背景技术：
目前，IPTV(IP Television，网络电视)正在迅速的发展。IPTV是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。该技术提供三种视频的发送方式现场直播、定时广播和点播。
IPTV在DSL(Digital Subscriber Line，数字用户线)、WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网)和WiMAX(WorldInteroperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性)上被广泛地应用。DSL是一种以铜电话线为传输介质，采用数字信号处理技术来提高模拟信道的数据传输速率和信号质量的点对点传输技术；WLAN是指以无线信道作传输媒体的计算机局域网；WiMax是基于IEEE802.16标准的无线城域网技术。
IPTV的通信采用了OSI(Open System Interconnection，开放系统互连)模型，该模型的结构如表1所示。
表1
OSI模型共有7个功能层，自下而上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、对话层、表示层和应用层。
IPTV在DSL、WLAN和WiMAX等线路上传输数据时，传输线路会产生较高的误码率。误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。数据在传输过程中，由于信道不理想以及噪声的干扰，以致在接收端判决再生后的码元可能出现错误，叫做误码。误码率是数字通信系统中单位时间内错误码元数与发送总码元数之比。DSL线路的误码率是10-7，WLAN和WiMAX的误码率是10-3～10-4。普通数字电视，对传输误码率要求一般是10-7～10-8，如果考虑几个dB的误码容限，可以认为DSL线路能满足普通数字电视的要求。但是，高清晰数字电视对传输误码率要求一般是10-9～10-10，现有的DSL技术无法满足要求，而误码率更高的WLAN和WiMAX就更无法满足要求了。
现在，有两种技术可以降低数据传输中的误码率。一种是FEC(Forward Error Correction，前向纠错)技术，另一种是ARQ(Automatic Repeat Request，自动重传申请)技术。
FEC技术通过在传输码列中加入冗余纠错码，在接收端解码后，不仅可以检测错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并改正错误，从而降低接收信号的误码率。前向纠错FEC值有五种比率，即1/2、2/3、3/4、5/6和7/8，以前向纠错FEC为3/4为例，该值表示在数据码的总数中，3/4的数据为信息码，1/4的数据为纠错码。
ARQ技术是利用CRC(Cyclic Redundant Code，循环冗余码)自动地对丢失帧和错误帧请求重发。ARQ分为三种类型停止等待ARQ、连续ARQ和选择重传ARQ。停止等待ARQ的工作要点为在发送端数据帧中加入CRC，由接收端检查，若正确，则接收端返回一个确认帧，发送端再发送新数据帧；若出现错误，则接收端返回一个否认帧，发送端重发有错误的数据帧。连续ARQ的工作要点为发送端发完一帧后，不必停下来等待接收端的应答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收端的肯定应答，可以继续发送。接收端只允许顺序接收，如果收到有差错的数据帧之后，接着又收到几个正确的数据帧，都必须将这些数据帧全部丢弃；而发送方在重传时，又必须把原来已正确传送过的数据帧进行重传。选择重传ARQ的工作要点为只重传出错或定时器超时的数据帧。但这时必须加大接收端的缓冲区，以便先收下发送序号不连续但仍处在缓冲区中的那些数据帧，等到所缺序号的数据帧收到后再一并送交主机。
但是，因为FEC需要在视频头端加硬件来实现，所以会增加硬件的成本。另外，FEC的纠错码在传输数据中占用了一定比率，增加了额外开销，浪费一些带宽，而且一般FEC能提高3db增益，相当于从DSL的10-7误码率提高到10-8，还是不能满足高清晰数字电视对传输误码率10-10的要求。采用ARQ技术时，因为接收端需要向发送端返回应答帧，所以需要反向信道。另外，当信道干扰较大时，需要不断重发，通信效率低，带来额外的延迟，影响视频质量。而且在进行组播或广播时，重传的方法很难实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高数字视频质量的方法，以克服现有技术中传输线路上产生的误码率不能满足数字电视要求的缺陷。
本发明的理论依据是在感知各种视频对象时，感知者对细节信息的感知度不强，对视频的主观印象有很大的冗余。在传输模拟视频信号时，即使部分信号受到干扰而产生误码，也不会对整个图像产生太大的影响，感知者对受干扰视频的主观印象仍然会很好。压缩后的高清晰数字电视信号以数据包的方式传输。其中，部分数据包是关键帧，代表基本的图像，部分数据包代表连续图像的不同帧。如果关键帧由于误码而被丢弃，则会带来连续几十帧丢失，画面会出现马赛克，直接影响感知者对视频的主观印象。而信道的误码只是在图像数据包中几个比特的错误，如果保留出现错误的图像数据包，并将该数据包传送到应用层进行解码，尽量恢复原有的图像，则不会出现上述情况，提高感知者对视频的主观印象。
本发明具体为在承载数字视频的任何协议层上丢弃包头错误的数据包，同时传输并解码有数据错误的图像数据包。
按照本发明的一个方面，在应用层，将接收到的图像数据包解码并做插值处理。
按照本发明的另一个方面，所述插值方法是以下插值方法中的一种或多种最临近像素插值、线性插值、立方插值和样条插值。
按照本发明的再一个方面，承载数字视频的协议层若包含TPS-TC(Transmission Protocol Specific-Transmission Convergence，传输协议汇聚层)，则TPS-TC中保留并传输错误的图像数据包。
按照本发明的再一个方面，所述TPS-TC的传输方式是ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)，ATM的AAL5(ATMAdaptation Layer，异步传输模式适配层)设置保留并传输CRC检测错误的图像数据包。
按照本发明的再一个方面，所述TPS-TC的传输方式是HDLC(HighLevel Data Link Control，高阶数据链路控制)的传输方式，HDLC设置保留并传输CRC检测错误的图像数据包。
按照本发明的再一个方面，所述传输协议汇聚层的传输方式是EFM(Ethernet In the Fist Mile，第一公里以太网)的传输方式，EFM设置保留并传输CRC检测错误的图像数据包。
按照本发明的再一个方面，承载数字视频的协议层若包含以太网层，则以太网层中保留并传输错误的图像数据包，并重新计算以太网帧的CRC。
按照本发明的再一个方面，承载数字视频的协议层若包含PPP(Point-to-Point Protocol，点对点协议)层，则PPP层中保留并传输错误的图像数据包，并重新计算PPP帧的CRC。
按照本发明的再一个方面，承载数字视频的协议层若包含UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)层，则UDP层中保留并传输错误的图像数据包，或者将UDP的16比特校验和设为零。
与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明只是在各层中对CRC检测的错误图像数据包进行不丢弃处理，不用靠增加硬件来实现，所以不会增加硬件的成本；在传输数据中本发明不增加额外的数据，不会浪费带宽；本发明不需要反向信道，也不需要不断重发，所以通信效率高，不会带来额外的延迟。而且本发明保留了传输数据中大多数有用信息，减少了信道误码对视频的影响，提高了视频主观质量。
图1是一种IPTV的系统结构图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述一种IPTV的系统结构如图1所示。该系统包括一个视频头端A，一个局端通信站点B，一个用户端调制解调器C，一个机顶盒D，一个电视机E。S1是双绞线或同轴电缆或无线，S2是以太网。视频头端A连接到局端通信站点B上，局端通信站点B通过S1与用户端调制解调器C连接，用户端调制解调器C通过S2与机顶盒D连接，机顶盒D连接到电视机E上。本发明以S1为DSL传输线路为实施例，典型的视频在DSL上传输的多层结构如表2所示。
表2
该多层结构共有7个功能层，自下而上分别是DSL物理层、DSL汇聚层、PPP或以太网层、IP(Internet Protocol，因特网协议)层、UDP层、RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)层和应用层。
在DSL汇聚层可以采用ATM、HDLC和EFM三种传输方式。当采用ATM传输方式时，ATM的信元头使用8比特的FEC校验字，如果无法纠错，说明信元头出现错误，无法恢复重组数据包，必须丢弃整个ATM信元头。ATM包重组的AAL5数据包使用32比特CRC保护，在用户端调制解调器C的配置文件中，增加一个在DSL汇聚层采用ATM传输方式时是否丢弃CRC检测错误的数据包的属性，并将该属性设置为不丢弃，即CRC检测错误的数据包继续保留并传输到上层解码。
当采用HDLC传输方式时，HDLC数据包使用16/32比特CRC保护，在用户端调制解调器C的配置文件中，增加一个在DSL汇聚层采用HDLC传输方式时是否丢弃CRC检测错误的数据包的属性，并将该属性设置为不丢弃，即CRC检测错误的数据包继续保留并传输到上层解码。
当采用EFM传输方式时，EFM重组使用16/32比特的CRC保护，在用户端调制解调器C的配置文件中，增加一个在DSL汇聚层采用EFM传输方式时是否丢弃CRC检测错误的数据包的属性，并将该属性设置为不丢弃，即CRC检测错误的数据包继续保留并传输到上层解码。
在以太网层，以太网使用32比特CRC保护，在用户端调制解调器C的配置文件中，增加一个在以太网层是否丢弃CRC检测错误的数据包的属性，并将该属性设置为不丢弃，即CRC检测错误的数据包继续保留并传输到上层解码。因为在用户端调制解调器C和机顶盒D之间的数据传输也要进行CRC检测，为了在机顶盒D上不再进行配置，所以在用户端调制解调器C上，去掉原有以太网帧的CRC，重新计算以太网帧的CRC，当机顶盒D接收到用户端调制解调器C传来的数据时，使机顶盒D认为CRC是正确的。
在PPP层，PPP使用16/32比特CRC保护，在用户端调制解调器C的配置文件中，增加一个在PPP层是否丢弃CRC检测错误的数据包的属性，并将该属性设置为不丢弃，即CRC检测错误的数据包继续保留并传输到上层解码。因为在用户端调制解调器C和机顶盒D之间的数据传输也要进行CRC检测，为了在机顶盒D上不再进行配置，所以在用户端调制解调器C上，去掉原有PPP帧的CRC，重新计算PPP帧的CRC，当机顶盒D接收到用户端调制解调器C传来的数据时，使机顶盒D认为CRC是正确的。
在UDP层，UDP包使用16比特的校验和保护。有两种处理方式，一种方式是在机顶盒D的配置文件中，增加一个在UDP层是否丢弃校验和检测错误的数据包的属性，并将该属性设置为不丢弃，即CRC检测错误的数据包继续保留并传输到上层解码。另一种方式是在视频头端A发送视频时，将16比特校验和设为零，使16比特校验和检测无效。
最后，在应用层，对接收到的数据包进行解码，恢复原有图像。由于误码而无法恢复的部分，采用最临近像素插值、线性插值、立方插值、样条插值等多种差值方法补上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种提高数字视频质量的方法，其特征在于，包括在承载数字视频的任何协议层上丢弃包头错误的数据包，同时传输并解码有数据错误的图像数据包。
2.如权利要求1所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，在应用层，将接收到的图像数据包解码并做插值处理。
3.如权利要求2所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，所述插值方法是以下插值方法中的一种或多种最临近像素插值、线性插值、立方插值和样条插值。
4.如权利要求1所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，承载数字视频的协议层若包含传输协议汇聚层，则传输协议汇聚层中保留并传输错误的图像数据包。
5.如权利要求4所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，所述传输协议汇聚层的传输方式是异步传输模式。
6.如权利要求5所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，异步传输模式的5类异步传输模式适配层设置保留并传输循环冗余码检测错误的图像数据包。
7.如权利要求4所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，所述传输协议汇聚层的传输方式是高阶数据链路控制的传输方式。
8.如权利要求7所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，高阶数据链路控制设置保留并传输循环冗余码检测错误的图像数据包。
9.如权利要求4所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，所述传输协议汇聚层的传输方式是第一公里以太网的传输方式。
10.如权利要求9所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，第一公里以太网设置保留并传输循环冗余码检测错误的图像数据包。
11.如权利要求1所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，承载数字视频的协议层若包含以太网层，则以太网层中保留并传输错误的图像数据包，并重新计算以太网帧的循环冗余码。
12.如权利要求1所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，承载数字视频的协议层若包含点对点协议层，则点对点协议层中保留并传输错误的图像数据包，并重新计算点对点协议帧的循环冗余码。
13.如权利要求1所述提高数字视频质量的方法，其特征在于，承载数字视频的协议层若包含用户数据报协议层，则用户数据报协议层中保留并传输错误的图像数据包，或者将用户数据报协议的16比特校验和设为零。
全文摘要
一种提高数字视频质量的方法，涉及通信技术领域，解决现有技术中传输线路上产生的误码率不能满足数字电视要求的缺陷。本发明根据在感知各种视频对象时，感知者对视频的主观印象有很大的冗余，采用在承载数字视频的任何协议层上丢弃包头错误的数据包，同时传输并解码有数据错误的图像数据包的方法，来提高视频主观质量。
文档编号H04N7/64GK1852430SQ20051013273
公开日2006年10月25日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者杜斌 申请人:华为技术有限公司