5.3.2.4. Инструменты эффективной передачи

Ошибки передачи данных в канале, такие как битовые ошибки и потери пакетов, могут вызвать у декодера сбои синхронизации при декодировании последовательности кодов VLC. Потеря синхронизации может привести к неправильному декодированию части или всей информации после появления ошибки. Это означает, что часть или весь VOP будет испорчен или полностью потерян (произойдет так называемый эффект «пространственного распространения ошибок»). Если последующие VOP спрогнозированы на основе искаженного VOP, то цепочка ошибок потянется в следующие объекты VOP («временное распространения ошибок»), и процесс станет совершенно неконтролируемым (см. рис. 5.16).

Рис. 5.16. Пространственное и временное распространение ошибок.

При наступлении ошибки декодер может возобновить корректное декодирование, достигнув маркера ресинхронизации. Обычно это код фиксированной длины, вставленный внутрь битового потока. Если декодер обнаруживает ошибку (например, при декодировании недопустимого VLC), то подходящий механизм восстановления заключается в поиске маркеров ресинхронизации. В моде с коротким заголовком маркеры ресинхронизации помещаются в начале каждого VOP и (опционно) в начале каждого GOB.

Следующие инструменты были специально разработаны для повышения надежности передачи кодированных видеоданных. Их необходимо использовать при работе в каналах и сетях с возможными ошибками [3]. Эти инструменты нельзя применять в моде с коротким заголовком.

Рис. 5.17. Структура видеопакета.

Видеопакеты. Передаваемый VOP состоит из одного или нескольких видеопакетов. Видеопакет является аналогом слоя в стандартах MPEG-1, MPEG-2 и Н.264 (см. гл. 6). Он состоит из маркера ресинхронизации, поля заголовка и последовательности закодированных макроблоков в растровом порядке сканирования (рис. 5.17). (Немного сбивает с толку то, что в стандарте MPEG-4 Visual видеопакеты называются слоями.) За маркером ресинхронизации помещается порядковый номер следующего макроблока, который позволяет декодеру правильно позиционировать первый макроблок пакета. Далее имеется параметр квантования и флаг НЕС (Header Extension Code, код расширения заголовка). Если НЕС установлен в 1, то за ним следует копия заголовка текущего VOP. Это увеличивает число передаваемых битов, но позволяет декодеру восстанавливать заголовок, если первая его копия испорчена ошибкой.

Инструмент «видеопакет» помогает при декодировании, например, в следующих ситуациях.

1. Когда обнаруживается ошибка, декодер может восстановить синхронизацию в начале следующего видеопакета, и ошибка не сможет распространиться за пределы видеопакета.

2. При использовании поля НЕС декодер способен восстановить потерянный заголовок внутри VOP.

3. Кодирование с предсказанием (такое как кодирование разности параметра квантования, прогноз вектора движения и предсказание коэффициентов DC/АС в моде intra) не переходит границу между видеопакетами. Это предотвращает распространение ошибок в векторах движения на другие видеопакеты.

Сегментация данных. Инструмент сегментации данных позволяет кодеру реорганизовывать кодированные данные внутри видеопакета для уменьшения влияния возможных ошибок передачи. Пакет делится на два сегмента. Первый сегмент (сразу после заголовка видеопакета) содержит информацию о моде кодирования для каждого макроблока вместе с DC-коэффициентами, всех блоков (для макроблоков intra) или векторами движения (для макроблоков inter). Оставшиеся данные (коэффициенты АС и коэффициенты DC макроблоков inter) помещаются во второй сегмент, за которым следует маркер ресинхронизации. Информация, передаваемая в первом сегменте, считается более важной для адекватного декодирования видеопакета. Декодер обычно бывает в состоянии восстановить пакет, даже если второй сегмент был испорчен или потерян из-за ошибок в канале.

Рис. 5.18. Исправление ошибки с помощью RVLС

Обратимые коды VLC. Дополнительное множество обратимых кодов переменной длины (RVLC, Reversible Variable Length Codes) можно использовать при кодировании коэффициентов DCT. Из названия ясно, что эти коды можно корректно декодировать в прямом и обратном направлении, что позволяет декодеру минимизировать область изображения, пораженную сшибкой передачи.

Декодер сначала декодирует каждый видеопакет в прямом направлении, и, если обнаружена ошибка (например, при нарушении синтаксиса битового потока), пакет декодируется в обратном направлении, начиная от следующего маркера ресинхронизации. Используя такой подход, вред, нанесенный ошибкой, может быть локализован в одном макроблоке, который можно просто удалить. На рис. 5.18 показано применение такого декодирования, устойчивого к ошибкам. На рисунке изображен видеопакет, использующий НЕС-сегментацию данных и RVLC. Ошибка произошла внутри данных о текстуре, декодер делает сканирование в прямом и обратном направлении для полного или частичного восстановления потерянной информации.