[發(fā)明專利]一種支持可分級視頻編碼的MIMO系統(tǒng)的視頻傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410456552.3
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104219528B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐嵐;沈欣;張興敢;柏業(yè)超
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學
• 主分類號: H04N19/30
• 分類號: H04N19/30;H04L29/06;H04L25/02;H04B7/0413
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32235
• 代理人: 楊林潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于視頻傳輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種支持可分級視頻編碼的MIMO系統(tǒng)的視頻傳輸方法。

背景技術(shù)

可分級視頻編碼(scalable video coding，SVC)的基本思想是用戶端的解碼器可以從接收到的完整比特流中通過比特流抽取的方式獲得不同幀率、分辨率以及不同質(zhì)量的視頻流。可分級視頻編碼技術(shù)將視頻流分成一個基本層和多個增強層。基本層包括最低幀率、分辨率和質(zhì)量的視頻包以及用于解碼的參數(shù)集合等重要信息。增強層則包括用于提高視頻流的幀率、分辨率和視頻質(zhì)量的信息。用戶可以根據(jù)對視頻質(zhì)量的要求從完整的視頻流中抽取相應(yīng)的視頻包進行解碼。

為提高信道的傳輸速率，第四代移動通信系統(tǒng)中物理層采用了多輸入多輸出技術(shù)(MIMO，Multiple Input Multiple Output)，它能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率.可分級視頻編碼技術(shù)可以通過比特流抽取的方式為用戶提供不同速率的視頻流。而MIMO系統(tǒng)可以通過預(yù)編碼、功率控制和自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)為用戶提供不同的信道傳輸速率。當信源編碼速率和信道傳輸速率相匹配時，系統(tǒng)才能獲得最高的傳輸效率。因此，在無線視頻傳輸?shù)南到y(tǒng)設(shè)計中，我們需要對視頻流的編碼速率和信道的傳輸速率進行聯(lián)合優(yōu)化，以達到最大化視頻質(zhì)量或最小化資源損耗的目的。目前，在支持可分級視頻編碼的無線系統(tǒng)的優(yōu)化問題方面已經(jīng)開展了一些研究工作。這些工作從視頻流的層數(shù)選擇，對視頻流進行非均衡保護，信源、信道速率聯(lián)合優(yōu)化等方面提高了接收端的視頻質(zhì)量。

當無線信道的傳輸條件較差時，往往需要視頻編碼器降低視頻流的比特率以保證視頻信號的可靠傳輸。對于可分級視頻流的應(yīng)用而言，傳統(tǒng)的降低視頻比特率的方法是丟掉部分增強層的視頻包，但這會大大降低接收端的重建視頻質(zhì)量。為提高視頻質(zhì)量，文獻[1]為多速率無線網(wǎng)絡(luò)，特別是802.11標準下的無線局域網(wǎng)的可分級視頻傳輸，提出了一種跨層優(yōu)化機制。該機制根據(jù)每一視頻層的相對重要性調(diào)整相應(yīng)的物理層參數(shù)。在滿足視頻傳輸時延約束的條件下，對可傳輸?shù)淖畲笠曨l層數(shù)以及每一層的傳輸速率進行優(yōu)化，以最小化視頻畸變。

文獻[2]研究了采用自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)的可分級視頻多播技術(shù)。通過為不同的視頻層選擇不同的編碼調(diào)制方案，可分級視頻編碼技術(shù)可以為信道條件好的用戶提供好的視頻質(zhì)量，同時為信道條件差的用戶提供基本的視頻服務(wù)。將可分級視頻編碼運用于無線多播流的關(guān)鍵在于確定如何為多個視頻會話中的不同視頻層選擇合適的編碼調(diào)制參數(shù)和在不同的視頻會話間最優(yōu)的資源分配方案。論文[2]將上述問題規(guī)劃為在資源受限條件下，最大化總系統(tǒng)效用的優(yōu)化問題，并提出了用于解決該問題的偽多項式時間的最優(yōu)算法和全多項式時間的近似算法。

當可分級視頻流在MIMO信道中傳輸時，發(fā)送端不僅要考慮在不同視頻層上的編碼調(diào)制方式，還要考慮如何將不同的視頻層映射到不同的MIMO子信道上進行傳輸。文獻[3]-[6]研究了在MIMO系統(tǒng)的可分級視頻傳輸技術(shù)。

根據(jù)可分級視頻編碼的編解碼結(jié)構(gòu)特點，不同時間、空間和質(zhì)量層的視頻層對解碼視頻具有不同的重要性。在傳輸過程中，基本層發(fā)生錯誤要比增強層發(fā)生錯誤帶給視頻解碼的負面影響更嚴重。文獻[3]提出了基于部分信道信息的自適應(yīng)信道選擇模型，利用MIMO的不同子信道對不同的視頻層進行不均衡的誤差保護，即用信道條件好的子信道傳輸重要性高的視頻層，用信道條件較差的子信道傳輸重要性低的視頻層。

文獻[4]提出了一個在采用預(yù)編碼的MIMO系統(tǒng)中傳輸可分級視頻流的方案。通過預(yù)編碼技術(shù)將MIMO信道分解成平行子信道，然后將每個子信道上所用的編碼調(diào)制方式和信源編碼參數(shù)進行聯(lián)合優(yōu)化，以實現(xiàn)對視頻信道的非均衡誤差保護。

為提高MIMO系統(tǒng)中傳輸?shù)囊曨l質(zhì)量，文獻[5]提出了一種基于內(nèi)容的速率自適應(yīng)可分級編碼模型。該模型研究了視頻內(nèi)容、視頻子流比特率、可實現(xiàn)的峰值信噪比和誤碼率之間的關(guān)系，聯(lián)合優(yōu)化物理層參數(shù)和視頻子流配置，有效改善了由于信道錯誤或增強層丟失而引起的峰值信噪比下降的問題。

文獻[6]研究了可分級視頻流在多用戶MIMO信道中的傳輸問題。論文在物理層采用迫零預(yù)編碼消除用戶間的多用戶干擾，在應(yīng)用層采用中粒度可分級視頻編碼技術(shù)。將考慮時延約束，總功率約束的條件下最小化所有用戶的視頻畸變和的問題規(guī)劃為一個非線性優(yōu)化問題，并利用列生成優(yōu)化算法獲得了使視頻畸變值最小的編碼速率和發(fā)送功率。