[發(fā)明專利]一種基于增強層重傳的車載監(jiān)控視頻混合數(shù)模傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910287176.2
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN109963125B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖海林;吳彬;周迪;邱斌;劉海龍
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N19/30;H04N19/184;H04N21/2343;H04N21/262;H04N21/2383;H04N21/438;H04N5/93
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

1.一種基于增強層重傳的車載監(jiān)控視頻混合數(shù)模傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)視頻的分層編碼：包括基本層數(shù)字編碼過程和增強層模擬編碼過程，將監(jiān)控設(shè)備的原始視頻信號即Group of Pictures信號，簡稱GOP信號采用數(shù)字信源編碼器編碼得到數(shù)字比特流，數(shù)字比特流經(jīng)數(shù)字信道編碼器編碼得到數(shù)字信道編碼信號的過程為基本層數(shù)字編碼過程；首先采用對應(yīng)數(shù)字信源解碼器將數(shù)字比特流解碼重建得到編碼視頻，然后提取原始視頻與重建視頻之間的殘差信號，將其作為增強層，采用模擬技術(shù)對其進行編碼得到模擬編碼信號過程為增強層模擬編碼過程；

2)分層編碼數(shù)據(jù)的實時傳輸和增強層重傳過程：分層編碼的實時傳輸和增強層重傳過程中，假定可用帶寬B中的可用子信道為N個，每個子信道的帶寬為B_n，則：定義基于帶寬約束下增強層信號棄傳和重傳步驟如下：

(1)基于帶寬約束模型的層間帶寬分配和增強層模擬數(shù)據(jù)的分塊：

(1.1)基于模擬傳輸?shù)目捎眯诺拦烙嫞簲?shù)字信源編碼器編碼的基本層視頻只需要保證視頻的基本質(zhì)量，因此受基本質(zhì)量的峰值信噪比PSNR_{base_layer}約束的數(shù)字編碼的量化步長q_di為：

可以求得基本層信源X_di的熵估計為：

H(X_di)＝log₂(2πeλ_di)-2log₂(q_di) (2)，

其中，e為自然對數(shù)底數(shù)，λ_di為數(shù)字編碼符號的方差，則保證基本層數(shù)字編碼傳輸需求N_d(N≥N_d)下的模擬傳輸可用的子信道數(shù)目N_s為：其中，R_c為數(shù)字傳輸速率由調(diào)制速率和信道編碼速率的乘積決定；

(1.2)基于子信道傳輸能力的DCT系數(shù)塊劃分：先將經(jīng)過三維時域離散余弦變換即Discrete Cosine Transform，簡稱DCT系數(shù)均勻劃分為N_s個大小相等的視頻塊，組合成DCT系數(shù)矩陣X(X的第i(i＝1,…,N_s)行向量被看作一個無記憶零均值高斯信源產(chǎn)生的符號集，記為)，然后對DCT系數(shù)矩陣X做正交編碼，得到能量均勻分布的系數(shù)矩陣X_h，系數(shù)矩陣X_h中每一個系數(shù)塊傳輸所需帶寬和子信道的帶寬B_n滿足下式：

B_n≥max{B_ai,i＝1,…,N_a} (4)；

(2)基于總能量不受限的層間能量計算和增強層內(nèi)部的能量分配：

(2.1)數(shù)字部分發(fā)射功率P_d估計如下：數(shù)字部分發(fā)射功率P_d滿足公式(5)：

其中P_max為最大允許的總能量約束，為最差信道條件下信道復(fù)數(shù)噪聲方差，γ為滿足數(shù)字誤碼率數(shù)字符號傳輸所需要的最低信噪比，數(shù)字傳輸中存在糾錯編碼，所以數(shù)字部分發(fā)射功率P_d并不需要最大化，只要滿足最差信道的約束即可，則

(2.2)模擬部分最優(yōu)傳輸能量P_a估計如下：模擬部分最優(yōu)傳輸能量P_a滿足公式(6)：

P_max≥P_opt＝P_a (6)，

模擬傳輸?shù)钠骄д嫒绻?7)：

為了使模擬傳輸失真最小，P_a應(yīng)該盡可能的大，即P_a＝P_max，P_max因為是網(wǎng)絡(luò)中防止小區(qū)間干擾設(shè)定的上限值，則模擬信號內(nèi)部的各個系數(shù)塊的最佳能量分配因子g₁，滿足公式(8)：

(3)基于重建失真最小化的增強層棄傳和重傳決策過程及信道劃分過程：在車載場景下，帶寬資源受車輛運動影響呈時變特點時，模擬部分DCT系數(shù)塊棄傳和重傳過程以SoftCast方式的模擬信號傳輸為基礎(chǔ)，采用一個開關(guān)實現(xiàn)對數(shù)字部分和模擬部分傳輸前差異化處理，讓模擬部分傳輸?shù)拇齻飨禂?shù)塊集合{X_t|X_r∪X_h，t＝1,2,…,N_t}中的前N_s個系數(shù)塊跳過信道編碼和調(diào)制后進行OFDM傳輸，其中N_t＝N_r+N_a，X_r為上一個GOP棄傳的系數(shù)塊集合，需要根據(jù)N_t和N的大小關(guān)系，選擇傳輸策略，步驟如下：

(3.1)模擬信號傳輸?shù)臎Q策過程：

(3.1.1)若N_s＞N_t，采用前N_t個信道傳輸待傳系數(shù)塊集合X_t，然后清空X_t和X_r，最后給剩余的N_s-N_t個信道中添加方差為零的虛擬信源，重傳部分的元數(shù)據(jù)中包括X_r的大小和虛擬信源的個數(shù)；

(3.1.2)若N_s＝N_t，傳輸待傳系數(shù)塊集合X_t，然后清空X_t和X_r，重傳部分的元數(shù)據(jù)中只有X_r的大小；

(3.1.3)若N_s＜N_t，傳輸待傳系數(shù)集合X_t的前N_s個系數(shù)塊，然后刪除X_t和X_r的前N_s個系數(shù)塊，判斷上一個GOP棄傳的系數(shù)塊集合X_r中是否清空，若X_r未清空，則重傳部分的元數(shù)據(jù)需要包括已傳的上一個GOP棄傳系數(shù)塊的數(shù)目和未傳的數(shù)目，然后清空X_r；若X_r清空，則重傳部分的元數(shù)據(jù)中只有X_r的大小；

(3.2)基于重建失真最小化的信道分配：由無重傳機制的模擬部分重建失真得到實時重建失真模型如公式(9)：

其中，為復(fù)數(shù)信道噪聲的功率，P_a為模擬部分最優(yōu)傳輸能量，N_r為當(dāng)前需要重傳的系數(shù)塊數(shù)目，公式(9)的第一部分公式(9a)是發(fā)送系數(shù)塊引起的失真，第二部分公式(9b)是棄傳的系數(shù)塊引起的失真，棄傳系數(shù)塊的方差越小重建失真越小，同時也說明方差越大，系數(shù)塊越重要，對當(dāng)前GOP的系數(shù)矩陣X_h中系數(shù)塊排列滿足公式(10)的約束：

因此混合數(shù)模傳輸可用信道的根據(jù)信道質(zhì)量進行排列后，各信道f_i傳輸?shù)臄?shù)據(jù)如公式(11)所示：

3)視頻接收端實時顯示的視頻重建：首先，根據(jù)接收到的信道分配信息，將對應(yīng)子信道上接受到的信號分別送到相應(yīng)的數(shù)字信道解碼器和模擬解碼器進行解碼，然后，將當(dāng)前GOP的數(shù)字比特流存儲，同時送往數(shù)字信源解碼器解碼得到重建編碼視頻，最后，將重建編碼視頻和當(dāng)前GOP的殘差信號疊加，獲得實時的視頻信號，所述模擬信號解碼為：首先解碼該模擬信號，然后判斷模擬信號中是否存在重傳系數(shù)塊，存在重傳系數(shù)塊時，將重傳系數(shù)塊補存到上一個GOP的殘差信號，剩余部分則為當(dāng)前GOP的殘差信號，然后將其存儲；若不存在重傳系數(shù)塊時，直接解碼得到當(dāng)前GOP的殘差信號和存儲；

4)高清回放的視頻重建：從存儲器中調(diào)取需要回放的GOP的數(shù)字比特流送到數(shù)字信源解碼器解碼得到編碼視頻，將得到的編碼視頻和對應(yīng)的完整殘差信號疊加，獲得高清的視頻信號。