بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از بزرگترین مشکلات در انتقال ویدئو دیجیتال، انتقال از طریق کانالهای مستعد خطا است، به ویژه زمانیکه باز ارسال غیرقابل قبول باشد. برای حل این مشکل کدینگ چند توصیفه - MDC - به عنوان یک راه حل قدرتمند معرفی میشود. کدینگ چند توصیفه از منبع، چند توصیف با ارزش یکسان ساخته و ارسال میکند. در اکثر مواقع به هنگام وقوع خطا در کدینگ چند توصیفه، میتوان ویدئو را با کیفیت کمتری بازسازی کرد.
در این مقاله ساختار کدینگ چهار توصیفه ویدئو که تلفیقی از دو روش کدینگ حوزه زمان و کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی - MLMDC - است، برای شبکههای با خطای بالا ارائه شدهاست. نتایج آزمایشات بهبود عملکرد این روش نسبت به روش مورد مقایسه در کانالهای با خطای بالا را نشان میدهد. به عنوان نمونه زمانیکه دو توصیف متعلق به شش ماکروبلاک در 50 فریمهای کد شده از بین میروند، کدینگ چهار توصیفه درحدود 10dB نسبت به روش مورد مقایسه بهبود را نشان میدهد.
.1 مقدمه
امروزه تقاضا برای ارسال سیگنالهای چند رسانهای دیجیتال، همانند ویدئو رو به افزایش است. به همین دلیل ترافیک ویدئو در سالهای اخیر رشد زیادی داشتهاست، برای مثال ترافیک اینترنت در سال 2014 در حدود 34 افزایش داشتهاست .[1] متاسفانه محیط ارسال سیگنالهای چند رسانهای مستعد خطا بوده و به همین دلیل احتمال از دست رفتن اطلاعات در طی انتقال زیاد است. از روشهای خطای ارتجاعی و اختفای خطا برای کاهش اعوجاج حاصل از دست رفتن اطلاعات استفاده میشود. یکی از مهمترین روشهای خطای ارتجاعی کدینگ چند توصیفه - MDC - 3 است. بلوک دیاگرام پایهایترین کدینگ چند توصیفه در شکل 1 نشان دادهشدهاست.
انکودر کدینگ چند توصیفه جریان ویدئو را به دو زیر جریان یکسان تقسیم میکند، زیر جریان توصیف نامیده میشود، هر کدام از توصیفها در یک کانال مجزا به گیرنده ارسال میشوند. در صورت دریافت همهی توصیفها در گیرنده، توصیفها به صورت جداگانه در دیکودر مرکزی کدگشایی میشوند. در صورتیکه همه توصیفها دریافت نشوند، میتوان توصیفهای سالم را در دیکودر جانبی دیکود کرد. در صورتیکه هیچ توصیفی دریافت نشود، ماکروبلاک مربوطه از دست میرود و با استفاده از روشهای اختفای خطا ماکروبلاک از دست رفته بازسازی میشود. هر چه تعداد توصیفهای دریافتی بیشتر باشد کیفیت نیز بیشتر است.
اولین کدینگ چند توصیفه ویدئو به نام 4 MDSQ توسط Vaishampayan در سال 1993 معرفی شد. Vaishampayan یک جدول تخصیص شاخص که یک ضریب کوانتیزه را به دو شاخص که هر کدام می تواند با بیت کمتری کدگذاری شود تصویر میکند را معرفی کرد Vaishampayan .[2] روی 66 روش کدینگ چند توصیفه کار کرد و روشها را براساس حوزهای که سیگنال را تقسیمبندی میکنند، برای مثال به سه گروه حوزه زمان و حوزه مکان و حوزه فرکانس طبقهبندی کرد.
سپس، [3] Goyal و [4] Wang یک خلاصه جامعی از روشهای MDC را ارائه کردند، که براساس روش پیشگویی روشهای MDC را در سه گروه طبقهبندی کردند. کلاس A برکنترل عدم تطابق تمرکز دارد :[5] کدینگ چند توصیفه قبل از جبران حرکت انجام میشود، در نتیجه هر توصیف به صورت مستقل کد میشود، که باعث کاهش قدرت پیشگویی میشود. یک روش ساده تقسیمبندی سکانسها به دو دسته فریم زوج و فرد است، هر دسته فریم به صورت جداگانه کد و ارسال میشوند .
[6] کلاس B برتاثیر پیشگویی تمرکز دارد : کدینگ چند توصیفه پس از جبران حرکت انجام میشود و تاثیر پیشگویی در این حالت مانند کدینگ تک توصیفه - SDC - 5 است. عدم تطابق از اینجا بوجود میآید که این روش برای بازسازی کامل به فریم مرجع نیاز دارد. [7] یک روش تقسیمبندی چند توصیفه معرفی کردهکه، بردارهای حرکت و ضرایب فرکانس پایین را متناوباً بین توصیفها تکرار میکند. کلاس C مصالحهای بین دو کلاس A و B است: در [8] پیشبینی مرکزی یک انطباق خطی از دو فریم بازسازی شده قبلی و انطباق کنترل وزن هر دو افزونگی و عدم تطابق را شکل میدهد، این روش 6 MDMC نامیدهمیشود.
برای کاهش عدم تطابق نیز میتوان یک نمونه فشردهسازی از عدم تطابق و یا تناوب فریمهای نوع I استفاده کرد .[9] بررسی جامعی از روشهای مختلف MDC در [3], [10] آمدهاست. در کلاس B، 7 MDTC توسط Reibman و همکاران در [11] ارائه شد و همزمان و با کمک Goyal et al. کاملتر و جامعتر مورد مطالعه قرار گرفت. در MDTC، بعد از DCT8 یک تبدیل به نام PCT9 اعمال میشود و یک جفت ضرایب ناهمبسته را به ضرایب همبسته تبدیل میکند، ضرایب همبسته تولید شده را بین توصیفها تقسیم میکند.
تحلیل نرخ-اعوجاج و بررسی تبدیلهای اورتوگونال و نااورتورگونال در [12] بحث شدهاست. الگوریتم برای تعداد توصیفهای بیش از دو تا و توصیفهای نامتعادل و منابع گوسین در [13] تعمیم دادهشده و در [14] روی منبع تصویر اعمال شدهاست. در [15]، با بهینهسازی افزونگی-نرخ -اعوجاج، بهترین تبدیل محاسبه شدهاست. در [16] نشان دادهشده که MDTC در افزونگیهای زیاد کارایی خود را از دست میدهد. در [17] با قرار دادن قسمتیکه تخمین در آن به صورت آماری مشکل است در داخل توصیف مشکل عملکرد MDTC در افزونگیهای زیاد را حل کردهاست. MDTC در [18] روی منبع ویدئو هم اعمال شد. در [19] کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی MLMDC10، ترکیبی از روش MDTC و CGS11 ارائه شدهاست.
ایده کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی از MDTC گرفته شده، با این تفاوت که به جای ترکیب ضرایب مختلف DCT حاصل از PCT بین توصیفها، ضرایب بهبود و پایه با یکدیگر ترکیب میشوند و ضرایب ترکیبی به صورت یکی در میان در بین توصیفها قرار میگیرند. عملکرد این روش در سکانسهای با حرکت و بافت ضعیف خوب نیست. در این مقاله یک روش جدید کدینگ چهار توصیفه که تلفیقی از دو روش کدینگ زمانی و کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی است ارائه میشود. نتایج آزمایشها نشان میدهد، روش پیشنهادی عملکرد بهتری نسبت به کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی در خطای بالای کانال برای انواع سکانسها دارد. بخشهای این مقاله به این صورت نظمدهی شدهاند، در بخش دوم به توضیح روش پیشنهادی پرداخته سپس در بخش سوم نتایج آزمایشات آوردهشده و در بخش چهارم نتیجهگیری و پیشنهادات قرار دارد.
.2 روش پیشنهادی
با هدف بهبود کیفیت ویدئوی بازسازی شده در کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی در حالت دو توصیفه کدینگ چهار توصیفهای پیشنهاد میشود. با ایده گرفتن از MDC حوزه زمان و ترکیب آن با کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی در حالت دو توصیفه، کدینگ چهار توصیفه معرفی میشود، اسم آن TMLMDC12 گذاشته میشود.
.1-2 انکودر TMLMDC
در انکودر کدینگ چهار توصیفه پیشنهادی همانند [20] در ابتدا فریمها به دو دسته کلی فریمهای زوج13 و فرد14 تقسیم میشوند. سپس هر دسته از فریمها به صورت جداگانه طبق روش کدینگ چند توصیفی با لایههای ترکیبی در حالت دو توصیفه تقسیمبندی و کد میشوند و در نهایت چهار توصیف بدست میآید. شکل 2 بلوک دیاگرام مختصر انکودر کدینگ چهار توصیفه TMLMDC و Error> Reference source not found. بلوک دیاگرام انکودر TMLMDC بسط دادهشده در نشان میدهد.
