基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法
【專利摘要】一種在物理層對(duì)具有不同重要性的視頻數(shù)據(jù)提供不同的保護(hù)、從而最終提高視頻恢復(fù)質(zhì)量的基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法。技術(shù)方案是：包括下列步驟：發(fā)送端讀入視頻序列并采用SVC編碼器對(duì)視頻進(jìn)行編碼，對(duì)編碼生成的BL和EL比特流，采用16QAM進(jìn)行調(diào)制，根據(jù)反饋信道傳輸來的CSI，進(jìn)行子載波分配和功率分配，BL和EL符號(hào)分別進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，混合進(jìn)行IFFT，插入循環(huán)前綴，進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，送入信道；接收端的過程與發(fā)送端的過程相反，所得比特流輸入SVC解碼器進(jìn)行解碼得到BL和EL數(shù)據(jù)，接收能力弱的接收者接收到BL數(shù)據(jù)，恢復(fù)低分辨率視頻，而接收能力強(qiáng)的接收者接收到兩層數(shù)據(jù)，恢復(fù)高分辨率視頻。
【專利說明】基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于視頻傳輸方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在物理層對(duì)具有不同重要性的視頻數(shù)據(jù)提供不同的保護(hù)、從而最終提高視頻恢復(fù)質(zhì)量的基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端的快速發(fā)展，無線視頻傳輸技術(shù)變得越來越普遍，因此，如何在無線網(wǎng)絡(luò)中提供更好的視頻服務(wù)已成為無線視頻傳輸領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，無線組播是無線視頻傳輸?shù)囊粋€(gè)重要方式，其目的是由視頻服務(wù)器將一個(gè)視頻信號(hào)同時(shí)傳遞給多個(gè)用戶，每個(gè)用戶得到自己的恢復(fù)視頻。由于多個(gè)用戶具有異構(gòu)的信道條件(例如，基站同所有的用戶進(jìn)行通信，離基站較近的用戶接收能力強(qiáng)，而那些離基站較遠(yuǎn)的用戶接收能力較差)，因此，無線視頻組播面臨的最主要的挑戰(zhàn)是如何使具有異構(gòu)特性的多個(gè)接收者得到與其信道條件相匹配的恢復(fù)質(zhì)量。在傳統(tǒng)的分層無線視頻傳輸系統(tǒng)中，物理層不加區(qū)別地對(duì)待來自上層的視頻數(shù)據(jù)流，即對(duì)收到的視頻數(shù)據(jù)流采用固定的信道編碼和調(diào)制技術(shù)進(jìn)行處理。然而，對(duì)新興的視頻應(yīng)用來說，視頻數(shù)據(jù)流的不同比特?cái)?shù)據(jù)對(duì)用戶預(yù)期的服務(wù)質(zhì)量(user-perceived quality of service,QoS)有著不同的重要性和影響。例如，采用分層的可伸縮視頻編碼(Scalable Video Coding, SVC)技術(shù)，視頻被編碼為基礎(chǔ)層和增強(qiáng)層，基本層的數(shù)據(jù)丟失比增強(qiáng)層的數(shù)據(jù)丟失所導(dǎo)致的QoS退化更嚴(yán)重，因此，重要的數(shù)據(jù)需要被重點(diǎn)保護(hù)。對(duì)此，地面數(shù)字視頻廣播(Digital Video Broadcast-Terrestrial,DVB-T)標(biāo)準(zhǔn)采用分層的無線視頻傳輸方式(即將分層的視頻編碼框架和分層的視頻傳輸框架結(jié)合)，來解決異構(gòu)用戶的質(zhì)量匹配問題。具體而言，DVB-T采用分層的SVC將視頻編碼為基礎(chǔ)層和增強(qiáng)層，然后，采用分層傳輸技術(shù)保證接收能力較弱的接收者接收到基本層數(shù)據(jù)，從而解碼出基本質(zhì)量的視頻，而接收能力較強(qiáng)的接收者則能接收到基礎(chǔ)層和增強(qiáng)層，并解碼出具有更好質(zhì)量的視頻。
[0003]在新的數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中，開始使用分層調(diào)制(Hierarchical Modulation,H-mod)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)具有不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的無線傳輸。H-mod的核心思想是將數(shù)據(jù)流的不同層信號(hào)分別映射為一個(gè)符號(hào)流，然后將不同層的符號(hào)疊加在一起進(jìn)行傳輸。由于基本層數(shù)據(jù)的映射星座比增強(qiáng)層數(shù)據(jù)的映射星座更加稀疏，這樣在解碼端基本層的數(shù)據(jù)就更容易被區(qū)分。然而，現(xiàn)有的H-mod存在兩個(gè)問題:第一，硬件實(shí)現(xiàn)的限制，第二:性能的限制。針對(duì)H-mod 出現(xiàn)的問題，Lin Cai 等人提出 了可伸縮調(diào)制(Scalable Modulation, S_mod)。S_mod通過將不同層比特映射到具有不同最小歐幾里得距離的星座，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同層的保護(hù)。該方法的靈活性很高，可以為視頻傳輸提供更多的選擇。然而，當(dāng)星座點(diǎn)密集時(shí)，S-mod方案的誤碼率會(huì)升高。Hao Cui 等人提出了混合調(diào)制(MixCast Modulation, MixCast)。MixCast 調(diào)制將基礎(chǔ)層和增強(qiáng)層比特通過算術(shù)加權(quán)和操作得到任意數(shù)目的無線符號(hào)。通過對(duì)重要比特設(shè)置較大權(quán)重系數(shù)，從而保護(hù)了重要比特。MixCast調(diào)制存在兩個(gè)問題:第一，解調(diào)算法復(fù)雜度較高；第二，解調(diào)過程的錯(cuò)誤蔓延將導(dǎo)致視頻質(zhì)量的嚴(yán)重退化。同時(shí)，現(xiàn)有方案沒有考慮信道特性，這就使得分層的視頻傳輸仍然面臨很多挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)實(shí)際的傳輸信道特性，在物理層對(duì)具有不同重要性的視頻數(shù)據(jù)提供不同的保護(hù)，以有效克服現(xiàn)有視頻傳輸技術(shù)不考慮信道特性的缺點(diǎn)，從而最終提高視頻恢復(fù)質(zhì)量的基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法，其特征是包括下列步驟:發(fā)送端采用SVC進(jìn)行信源編碼生成不同層的視頻數(shù)據(jù)；對(duì)不同層視頻數(shù)據(jù)采用不同的調(diào)制方法；利用反饋的信道特性對(duì)不同層的視頻數(shù)據(jù)分配不同的子載波進(jìn)行傳輸；對(duì)不同的子載波采用注水算法進(jìn)行功率分配等，實(shí)驗(yàn)表明，本方案使不同的接收者能夠恢復(fù)與其信道條件相匹配的視頻質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)分層視頻傳輸。
[0006]具體操作步驟是:
[0007]1.發(fā)送端，主要包括分層的SVC視頻編碼，正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing, OFDM)技術(shù),子載波分配,注水算法等,包括下列步驟:
[0008]⑴.讀入視頻序列；
[0009](2).使用SVC編碼器對(duì)視頻序列編碼，生成一個(gè)基本層(Base Layer, BL)和一個(gè)增強(qiáng)層(Enhancement Layer, EL)；
[0010](3).將編碼生成的BL和EL比特流使用16正交幅度調(diào)制(16QuadratureAmplitude Modulation, 16QAM)進(jìn)行調(diào)制,其調(diào)制原則是將相鄰的四個(gè)二進(jìn)制比特0000,0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111 調(diào)制成相應(yīng)的符號(hào) _3_3 j, -3-j, -3+3 j, -3+j, -1-3 j, _l_j, -1+3 j, -1+j, 3-3 j, 3-j, 3+3 j, 3+j,l-3j，l-j，l+3j，l+j ；
[0011](4).根據(jù)反饋信道傳輸來的信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI),包括信道傳遞函數(shù)H和信道噪聲方差E，(H和E的計(jì)算公式見權(quán)利要求書的第III部分)，對(duì)每
個(gè)子信道對(duì)應(yīng)的Hn進(jìn)行排序，使得Ic1≤k2≤......≤kN，其中km = I H0(m) 12，m e [I, N],
N為子信道總數(shù)，Hn是第η個(gè)子信道的傳遞函數(shù)，n e [1，N]。索引值通過函數(shù)η = o (m)進(jìn)行表示；
[0012](5).根據(jù)索引值n = o(m)，BL符號(hào)選擇IHnI2值最大，也即信道質(zhì)量最好的X1個(gè)子信道進(jìn)行傳輸；EL符號(hào)則用剩余的X2個(gè)子信道進(jìn)行傳輸，其中XJX2 ( N ；
[0013](6).將BL和EL符號(hào)根據(jù)注水算法進(jìn)行功率分配，對(duì)信道質(zhì)量好，即|Hn|2大的子信道，分配大的信號(hào)功率；對(duì)IHnI2小的子信道分配小的信號(hào)功率，具體分配原則如式(I)所示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法，其特征是包括下列步驟:發(fā)送端采用可伸縮視頻編碼(Scalable Video Coding, SVC)進(jìn)行信源編碼生成不同層的視頻數(shù)據(jù)；對(duì)不同層視頻數(shù)據(jù)采用不同的調(diào)制方法；利用反饋的信道特性對(duì)不同層的視頻數(shù)據(jù)分配不同的子載波進(jìn)行傳輸；對(duì)不同的子載波采用注水算法進(jìn)行功率分配。
2.如權(quán)利要求1所述的基于信道特性的自適應(yīng)分層視頻傳輸方法，其特征是: I.所述發(fā)送端采用SVC進(jìn)行信源編碼生成不同層的視頻數(shù)據(jù)，包括分層的SVC視頻編碼、正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技術(shù)、子載波分配以及注水算法過程，具體包括下列步驟: (I).讀入視頻序列； ⑵.使用SVC編碼器對(duì)視頻序列編碼，生成一個(gè)基本層(Base Layer, BL)和一個(gè)增強(qiáng)層(Enhancement Layer, EL)； ⑶.將編碼生成的BL和EL比特流使用16正交幅度調(diào)制(16Quadrature AmplitudeModulation, 16QAM)進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制原則是將相鄰的四個(gè)二進(jìn)制比特0000，0001，0010，.0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111 調(diào)制成相應(yīng)的符號(hào)-3-3 j，-3-j，-3+3 j, -3+j, -1-3 j，_l_j，-1+3 j，-1+j, 3-3 j, 3-j, 3+3 j, 3+j, 1-.3 j, 1-j,.l+3j，l+j ； ⑷.根據(jù)反饋信道傳輸來的信道狀態(tài)信息，包括信道傳遞函數(shù)H和信道噪聲方差E，對(duì)每個(gè)子信道對(duì)應(yīng)的Hn進(jìn)行排序，使得Ic1≥k2≥......≥kN,其中km = I H0(m) 12，m e [I, N]，N為子信道總數(shù)，Hn是第η個(gè)子信道的傳遞函數(shù)，n e [1，N]，索引值通過函數(shù)n = o (m)進(jìn)行表示； (5).根據(jù)索引值n= o(m)，BL符號(hào)選擇IHnI2值最大，也即信道質(zhì)量最好的X1個(gè)子信道進(jìn)行傳輸；EL符號(hào)則用剩余的X2個(gè)子信道進(jìn)行傳輸，其中XfX2 ( N ； (6).將BL和EL符號(hào)根據(jù)注水算法進(jìn)行功率分配，對(duì)信道質(zhì)量好，即|Hn|2大的子信道，分配大的信號(hào)功率；對(duì)|Hn|2小的子信道分配小的信號(hào)功率，具體分配原則如式(I)所示:
【文檔編號(hào)】H04L5/00GK104022850SQ201410279285
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】王安紅, 張帆, 馬曉莉, 王海東, 邢彩榮 申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)