本發(fā)明屬于無線多媒體通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種2x2MIMO系統(tǒng)中基于HQAM的H.264/SVC視頻傳輸方法。

背景技術(shù)：
隨著公眾對無線多媒體業(yè)務需求的日益增長，高效可靠的視頻傳輸技術(shù)目前正成為研究熱點。然而，原始視頻信號具有信息量大，冗余度高等特點，并不適宜在無線信道直接傳輸，同時，經(jīng)過高效視頻編碼器壓縮的輸出碼流對無線隨機衰落信道的差錯特別敏感，因此，在視頻信號傳輸過程中，必須同時兼顧可靠性與有效性。在眾多視頻壓縮標準中，H.264/AVC以其高效的壓縮率和良好的網(wǎng)絡適應能力而被廣泛應用，且其可伸縮版本H.264/SVC可提供時間、空間、質(zhì)量可伸縮性，能夠為具有不同帶寬的用戶提供相應的視頻服務。同時，多輸入多輸出(multiple-inputmultiple-output,MIMO)技術(shù)可在不增加帶寬和發(fā)射功率的情況下，成倍地提高系統(tǒng)容量，同時還可利用空間分集以提高傳輸鏈路的可靠性，因此，MIMO技術(shù)客觀上為無線通信系統(tǒng)中實現(xiàn)高效可靠的視頻傳輸?shù)於宋锢砘A。而盡管利用MIMO技術(shù)在一定程度上可提升視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕@對信道誤碼十分敏感的視頻壓縮碼流來說是遠遠不夠的，因此，為了實現(xiàn)視頻在無線MIMO信道上可靠傳輸,必須結(jié)合具體傳輸技術(shù)，采取高效的抗誤碼策略。在眾多抗誤碼策略中，不等差錯保護按視頻碼流對恢復視頻質(zhì)量的重要性差異，將碼流劃分成不同的部分，對所劃分的部分進行程度不等的保護，從而改善解碼端視頻恢復質(zhì)量。HQAM作為一種新型的UEP實現(xiàn)方式，與傳統(tǒng)的基于前向糾錯碼(forwarderrorcorrection,FEC)的UEP相比，其優(yōu)勢在于無需添加冗余比特?；贖QAM的視頻傳輸UEP策略，其原理在于，針對視頻數(shù)據(jù)流中數(shù)據(jù)的不等重要性，將其分別映射到HQAM的高有效性比特和低有效性比特中，通過調(diào)整其調(diào)制參數(shù)可使得MSB的誤碼性能優(yōu)于LSB。以16-HQAM為例，圖3展示了MSB和LSB比特分配示意圖，其中為調(diào)制參數(shù)，其中d1表示象限間點到點的最近距離，d2表示象限內(nèi)點到點的最近距離，通過調(diào)整d1，d2，使得α大于1，這種情況下，QAM符號中的MSB比特的抗誤碼性能高于LSB比特。當α＝1，圖3所示的調(diào)制星座圖變?yōu)橐话愕某Ｒ?guī)QAM，MSB和LSB抗誤碼性能無差異。圖4展示了在SISO信道中隨著α的變化，HP，LP數(shù)據(jù)誤碼性能的變化情況。由圖中可知，當α＞1時，隨著α的增加，HP數(shù)據(jù)的誤碼率變得更低而LP數(shù)據(jù)的誤碼率上升，這說明通過HQAM獲得的HP數(shù)據(jù)誤碼性能的提升是建立在犧牲LP數(shù)據(jù)性能的基礎上的，故可通過將H.264/SVC碼流的不同部分映射到HQAM的MSB和LSB上，以實現(xiàn)對視頻傳輸?shù)牟坏炔铄e保護。有人提出了一種SISO信道中的基于16-HQAM的自適應H.264/AVC視頻傳輸方法，其通過將H.264/AVC視頻碼流中的數(shù)據(jù)劃分為不等重要性的部分，分別映射到MSB和LSB中，根據(jù)信道環(huán)境自適應的選擇HQAM調(diào)制參數(shù)，使得視頻恢復質(zhì)量最優(yōu)。由于MIMO信道環(huán)境遠比SISO信道惡劣，故相關(guān)方法無法直接移植到MIMO系統(tǒng)中，且基于HQAM的MIMO視頻傳輸?shù)南嚓P(guān)傳輸策略還未被提出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種2x2MIMO系統(tǒng)中基于分層調(diào)制(hierarchicalquadratureamplitudemodulation,HQAM)的H.264/SVC視頻傳輸方法，該方法充分結(jié)合HQAM和MIMO技術(shù)的特點，針對MIMO信道進行SVD分解得到兩個質(zhì)量不同的子信道(HP和LP子信道)，根據(jù)SVC碼流不同質(zhì)量層對視頻恢復質(zhì)量的貢獻對其進行重要性排序，將基本層和第一個MGS層數(shù)據(jù)劃分為HP數(shù)據(jù)，第二個和第三個MGS層劃分為LP數(shù)據(jù)，分別映射到不同的HQAM符號中。針對信道SNR值，選取使得基本層數(shù)據(jù)達到安全門限以下的HQAM調(diào)制參數(shù)值，最終視頻傳輸?shù)玫絻?yōu)化。為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種2x2MIMO系統(tǒng)中基于HQAM的H.264/SVC視頻傳輸方法，包括以下步驟：步驟一：利用H.264/SVC標準，對原始視頻序列進行質(zhì)量可分級壓縮，得到重要性不同的視頻數(shù)據(jù)流；步驟二：將重要性不同的數(shù)據(jù)流映射到HQAM符號中，針對可選的調(diào)制參數(shù)集合，根據(jù)信道狀況選取合適的參數(shù)，使得基本層數(shù)據(jù)能達到10-5以下；步驟三：在發(fā)送端假設信道狀態(tài)信息已知，針對當前信道進行SVD分解，得到2個等效子信道，根據(jù)奇異值的大小將子信道進行質(zhì)量排序，奇異值較大的劃分為高優(yōu)先級(highpriority，HP)子信道，反之劃分為低優(yōu)先級(lowpriority，LP)子信道；步驟四：將重要性高的調(diào)制符號映射到高優(yōu)先級子信道HP中進行傳輸，將重要性較低的數(shù)據(jù)映射到低優(yōu)先級子信道LP中傳輸。進一步，在步驟一中，利用H.264/SVC官方參考軟件JSVM9.5對原始視頻序列進行質(zhì)量可分層壓縮，將其以質(zhì)量可分層的方式設置為中性粒度可伸縮(mediumgrainscalability，MGS)，產(chǎn)生質(zhì)量可伸縮的視頻碼流，且MGS增強層的數(shù)目為3，即產(chǎn)生的視頻碼流包含一個基本層和三個MGS增強層，且基本層重要性最高，第一個MGS層重要性高于第二MGS層，第二個MGS層高于第三個MGS層。進一步，在步驟二中，將基本層數(shù)據(jù)和第一個MGS增強層劃分為HP數(shù)據(jù)，將第二個MGS層和第三個MGS層劃分為LP數(shù)據(jù)；在HP數(shù)據(jù)內(nèi)部，基本層的重要性高于第一個MGS增強層，故將基本層映射到HQAM的高有效性比特(mostsignificantbits，MSB)位上，將第一個MGS層數(shù)據(jù)映射到低有效性比特(leastsignificantbits，LSB)位上；同理，在LP數(shù)據(jù)內(nèi)部，第二個MGS層數(shù)據(jù)比第三個MGS層數(shù)據(jù)重要，故第二個MGS映射到LP信道HQAM符號中的MSB中，第三個MGS層數(shù)據(jù)映射到LSB中。進一步，在步驟三中，在發(fā)送端利用信道狀態(tài)信息對MIMO信道進行SVD分解，按照奇異值大小對子信道進行排序，奇異值較大的子信道劃分為HP信道，用于傳輸HP數(shù)據(jù)，奇異值較小的子信道劃分為LP信道，用于傳輸LP數(shù)據(jù)。進一步，在步驟四中，根據(jù)信道信噪比(signaltonoiseratio，SNR)，在可選的HQAM調(diào)制參數(shù)集合中，選擇合適的調(diào)制參數(shù)使得基本層的誤碼率達到安全門限。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述的視頻傳輸方法操作復雜度低，且能在不增加任何冗余數(shù)據(jù)的條件下，使得視頻傳輸質(zhì)量得到優(yōu)化。附圖說明為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：圖1為2x2MIMO系統(tǒng)中基于HQAM的H.264/SVC視頻傳輸UEP策略實現(xiàn)框圖；圖2為HQAM參數(shù)選取流程圖；圖3為HQAM中MSB和LSB比特分布示意圖；圖4為SISO信道下HP數(shù)據(jù)和LP數(shù)據(jù)誤碼率和調(diào)制參數(shù)關(guān)系圖；圖5為實施例中α＝1各層誤碼率和SNR關(guān)系圖；圖6為實施例中α＝2各層誤碼率和SNR關(guān)系圖；圖7為本發(fā)明UEP策略與采取常規(guī)調(diào)制的UEP策略的PSNR性能對比圖。具體實施方式本發(fā)明提出了一種2×2MIMO系統(tǒng)中基于HQAM的H.264/SVC視頻傳輸?shù)腢EP方法。該方法充分結(jié)合HQAM和MIMO技術(shù)的特點，針對MIMO信道進行SVD分解得到兩個質(zhì)量不同的子信道(HP和LP子信道)，根據(jù)SVC碼流不同質(zhì)量層對視頻恢復質(zhì)量的貢獻對其進行重要性排序，將基本層和第一個MGS層數(shù)據(jù)劃分為HP數(shù)據(jù)，第二個和第三個MGS層劃分為LP數(shù)據(jù)，分別映射到不同的HQAM符號中。針對信道SNR值，選取使得基本層數(shù)據(jù)達到安全門限以下的HQAM調(diào)制參數(shù)值，最終視頻傳輸?shù)玫絻?yōu)化。包括如下步驟：1)質(zhì)量可伸縮碼流的產(chǎn)生設置H.264/SVC編碼器標準參考軟件JSVM配置文件參數(shù)，對原始視頻序列進行壓縮，產(chǎn)生質(zhì)量可伸縮的視頻碼流，包含一個基本層和三個MGS增強層。2)HP和LP數(shù)據(jù)的抽取及HQAM符號中MSB和LSB比特的映射將基本層數(shù)據(jù)和第一個MGS層數(shù)據(jù)劃為HP數(shù)據(jù)，映射到同一個HQAM符號中，其中基本層數(shù)據(jù)映射到MSB中，第一個MGS層映射到LSB中。將第二個MGS和第三個MGS層數(shù)據(jù)劃分為LP數(shù)據(jù)，同樣映射到另外的HQAM符號中，第二個MGS層數(shù)據(jù)映射到該HQAM符號的MSB中，第三個MGS層映射到LSB中。3)MIMO信道分解假設發(fā)送端確知信道狀態(tài)信息，對MIMO信道進行SVD分解，根據(jù)SVD分解得到的奇異值的大小，對子信道進行劃分，將奇異值大的子信道劃分為HP信道，將奇異值小的信道劃分為LP信道。4)HQAM調(diào)制參數(shù)的選取及傳輸將基本層和第一個MGS層數(shù)據(jù)經(jīng)HQAM調(diào)制后送入HP子信道傳輸，第二個和第三個MGS層數(shù)據(jù)經(jīng)HQAM調(diào)制后送入LP子信道傳輸。在可選的HQAM調(diào)制參數(shù)集合中選擇調(diào)制參數(shù)使得基本層數(shù)據(jù)的誤碼率達到安全門限以下。下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。圖1為2×2MIMO視頻傳輸系統(tǒng)的框圖，首先原始視頻經(jīng)過H.264/SVC編碼器壓縮產(chǎn)生包含一個基本層和三個MGS增強層的質(zhì)量可伸縮碼流，具體可通過設置H.264/SVC標準參考軟件JSVM的配置文件實現(xiàn)，其中CgsSnrRefinement參數(shù)設置為1，以實現(xiàn)MGS的SNR質(zhì)量分層模式。從原始碼流中抽取基本層和第一個MGS層作為HP數(shù)據(jù)，將第二個MGS層和第三個MGS層劃分為LP數(shù)據(jù)。具體可利用JSVM官方參考軟件中的BitStreamExtractor.exe工具結(jié)合編碼段生成的碼流trace文件來實現(xiàn):(1)獨立編寫一個trace文件分解程序，命名為parsesvc.exe，將trace中的Q屬性為0，1,2,3的記錄全部讀取到不同的文件中，分別命名為baselayer.txt,mgs1.txt,mgs2.txt,,mgs3.txt，其中對于序列參數(shù)集(sequenceparametersset,SPS)和圖像參數(shù)集(pictureparameterset,PPS)的記錄讀入到baselayer.txt文件中。(2)利用BitStreamExtractor.exe和生成的baselayer.txt,mgs1.txt,mgs2.txt,,mgs3.txt文件將H.264/SVC碼流分別提取到base.264、mgs1.264、mgs2.264、mgs3.264文件當中，即分別得到了基本層碼流和三個MGS增強層碼流。Base.264和mgs1.264碼流劃分為HP數(shù)據(jù)，mgs2.264和mgs3.264劃分為LP數(shù)據(jù)。將HP數(shù)據(jù)中的基本層映射到HQAM中的MSB比特上而第一個MGS層映射到LSB比特上，將LP數(shù)據(jù)中的第二個MGS增強層映射到MSB比特上而第二個MGS層映射到LSB比特上。以16-HQAM為例，基于格雷碼映射的16-HQAM星座圖如圖3所示。對于常規(guī)16QAM而言，其星座點集合為：其對應的比特符號為：{0000,1000,0100,1100,0010,1010,0110,1110,0001,0101,1001,1101,0011,0111,1011,1111}。而以調(diào)制參數(shù)α＝2的星座映射關(guān)系而言，上述比特符號對應：其中符號比特的前兩位為MSB，后兩位為LSB。HQAM的具體調(diào)制參數(shù)根據(jù)圖2中的流程圖來決定。在上述基礎上，將HP數(shù)據(jù)組成的HQAM符號映射到HP信道上，將LP數(shù)據(jù)組成的HQAM映射到LP信道中傳輸，其中HP和LP信道的劃分如下：考慮2x2MIMO系統(tǒng)，對信道矩陣H做SVD分解，可得H＝USVH，其中U，V為酉矩陣，S＝diag(λ1,λ2)為對角矩陣，且滿足λ1＞λ2≥0，由于奇異值越大，其對應子信道質(zhì)量越好，故將λ1對應的子信道劃分為HP信道而λ2對應的子信道劃分為LP信道。在接收端，采取與發(fā)送端相反的處理方式依次對接收到的信號解調(diào)，恢復各個質(zhì)量層數(shù)據(jù)，最后送入H.264/SVC解碼器，恢復視頻序列。圖2為HQAM參數(shù)選取流程圖，具體步驟如下：步驟21，獲取信道SNR，在本發(fā)明所采取的的系統(tǒng)中，誤碼率與信道SNR及HQAM調(diào)制參數(shù)密切相關(guān)，在一定誤碼率要求下，要確定調(diào)制參數(shù)，必須首先獲得信道SNR。步驟22，假設調(diào)制參數(shù)集合為α*＝{α1,α2…αn-1,αn}，且滿足1≤α1＜α2…αn-1＜αn。獲取信道SNR后，從集合α*中從小到大的順序選取調(diào)制參數(shù)，即從α1開始，依次遞增，直到αn。步驟23，當選取HQAM參數(shù)后，判斷選取的參數(shù)是否已經(jīng)位于集合的末尾，即是否已經(jīng)是經(jīng)到達最末尾參數(shù)αn，如果是則退出參數(shù)選取循環(huán)，進入步驟26。如果不是，則進入步驟24。步驟24，根據(jù)選取的參數(shù)和SNR估計當前基本層數(shù)據(jù)的誤碼率，進入步驟25。當SNR和調(diào)制參數(shù)確定后，在特定的服從銳利分布的信道模型下，本發(fā)明系統(tǒng)中基本層的誤碼率可通過大量仿真獲得。步驟25，判斷所估計的誤碼率是否已達到基本層的安全門限，如果是，則進入步驟26，否則返回步驟22。步驟26，將步驟25所得到的調(diào)制參數(shù)作為HQAM調(diào)制的參數(shù)應用到視頻傳輸UEP策略當中，退出流程。圖3為HQAM中MSB和LSB比特分布示意圖，圖4為SISO信道下HP數(shù)據(jù)和LP數(shù)據(jù)誤碼率和調(diào)制參數(shù)關(guān)系圖，圖5為實施例中α＝1各層誤碼率和SNR關(guān)系圖，圖6為實施例中α＝2各層誤碼率和SNR關(guān)系圖。為直觀體現(xiàn)本發(fā)明策略的有效性，采取峰值信噪比(peaksignaltonoiseratio,PSNR)作為視頻質(zhì)量評價標準，圖7展示了本發(fā)明的UEP策略與采取常規(guī)HQAM(即α＝1時的策略)的UEP的性能對比圖。從圖中可看出，在較低信噪比時，采取16-HQAM的UEP策略能取得更優(yōu)的PSNR值，且隨著調(diào)制參數(shù)α的增加而效果變得更優(yōu)，而信噪比較大時，采取HQAM的策略的PSNR值均低于采取常規(guī)HQAM的值，且隨著α的增加而變得更小。因此我們可以根據(jù)信道SNR的變化靈活的選擇調(diào)制參數(shù)α的值，使得PSNR值最優(yōu)。從仿真結(jié)果可得，當SNR小于15dB時采取調(diào)制參數(shù)α＝2.5；當SNR為16dB時采取α＝2；當SNR等于17dB時，采取α＝1.5；當SNR高于18dB時，采取非常規(guī)調(diào)制，即α＝1。最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。