[發明專利]用于視頻多跳傳輸的自適應幀長計算方法

有效

• 申請號: 201210461439.5
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN103051981A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 段鵬瑞;馬華東;錢樂
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04N21/647
• 分類號: H04N21/647;H04N7/26;H04N7/32;H04N7/64
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 夏憲富

技術領域

本發明涉及一種用于視頻多跳傳輸的自適應幀長計算方法，屬于無線多跳網絡中的傳輸技術領域。

背景技術

無線多跳網絡是由多個節點構成的自組織網絡，用戶數據在節點之間逐跳轉發。這種網絡的誤碼率高、丟包率高，給視頻大數據量的傳輸造成了很大的困難，因此，必需要考慮如何在時變的無線信道上保證傳輸質量和網絡吞吐量。

前向糾錯編碼FEC（Forward?Error?Correction）技術是在傳輸碼中加入冗余糾錯碼，在設定條件下，接收端可以通過解碼而自動糾正傳輸誤碼，降低接收信號的誤碼率。原始視頻數據在傳輸以前通過前向糾錯編碼，可以降低誤碼丟包的影響，提高傳輸質量。噴泉碼是一種無碼率限制的FEC，它能很好地適應丟包率高的傳輸通道。例如：采用數字噴泉碼LT（Luby?Transform）進行文件的無線傳輸、無線視頻傳輸或在車載網進行數據分發，都可有效提高傳輸質量。

LT編碼的發送端將原始數據分為k個源分組，然后由源分組生成任意數量的編碼分組；接收端只要接收到其中任意k(1+ε)個編碼分組，就可以高概率地完成譯碼而恢復源分組。其中，ε是譯碼冗余開銷，當k值越大時，ε就越小。而源分組的數量、即k值大小與幀長密切相關，對于給定的原始數據，幀長越小，k值就越大；幀長越大，k值就越小。因此，在利用LT編碼傳輸視頻信息時，需要考慮具體的應用環境，才能帶來較高的傳輸收益。

IEEE802.11無線通信標準是目前應用廣泛的通信技術，利用802.11通信節點可以方便地實現多跳傳輸。對于802.11這種競爭式信道工作機制，幀長選取對網絡性能具有很大的影響。為了提高系統傳輸效率，有些科研人員針對802.11無線信道，對一定誤碼率下幀長與網絡吞吐量的關系進行了研究，與其相關的研究還包括：數據分發業務多播方案的最佳負載長度方法、幀長和重傳對無線多媒體數據傳輸性能的研究等等。

在無線傳輸中，使用LT編碼可以提高視頻傳輸質量，代價是一定量的冗余開銷。但幀長會影響LT編碼冗余度，還會影響網絡吞吐量。在傳輸數據時，綜合考慮幀長對LT編碼冗余度與網絡吞吐量的影響，選擇合適的幀長，有助于降低網絡時延、提高網絡整體效率。這些課題都是業內科技人員關注的焦點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是為了提高傳輸質量和網絡吞吐量，滿足多跳視頻傳輸的需求，提供一種在802.11無線多跳環境下用于視頻多跳傳輸的自適應幀長計算方法。本發明是在對帶寬使用效率、誤碼開銷、前向糾錯和信道工作機制展開研究，并分析了負載長度與視頻傳輸性能的關系而提出的。在多跳視頻數據傳輸中，本發明方法能在保證質量和吞吐量的前提下，最小化傳輸時延。

為了達到上述目的，本發明提供了一種用于視頻多跳傳輸的自適應幀長計算方法，其特征在于：在視頻信息傳輸時，綜合考慮凈荷數據長度和傳輸過程中的丟包與信道工作機制的關系，采用前向糾錯的自適應幀長選擇算法，根據反饋的信道質量和目標節點的跳數，發送端與接收端交互配合完成自適應幀長的計算與調整，以使在多跳的無線傳輸環境下能夠保證系統的傳輸效率；所述方法包括下列操作步驟：

（1）發送端發送初始數據：當緩存區中的視頻幀內編碼幀（I幀）和視頻幀間編碼幀（P幀）的序列數據達到一個畫面組GOP（Group?of?pictures）時，發送端使用初始設定的幀長L開始傳輸LT編碼數據，并等待接收端的反饋；

（2）接收端反饋信道信息：接收端根據無線傳輸丟包率p的計算公式：p＝1-(1-e)^n(L+H)，統計所接收的數據丟包率p；式中，n為源節點到目標節點的無線傳輸鏈路跳數，該數值取自多跳路由表的反向路由與正向路由；e、L、H分別為本發送周期內的誤碼率、幀長和包括IP頭部、UDP頭部與LT編碼頭部的該數據頭部總長度；然后，將該誤碼率e值反饋給發送端；

（3）發送端進行自適應調整：發送端根據反饋的誤碼率e，綜合考慮當前信道質量下的幀長對傳輸丟包、傳輸效率和前向糾錯編碼冗余的影響，選擇最佳的幀長L作為下一發送周期的數據分片長度。