[发明专利]一种自由空间光通信中基于最小失真优化的视频传输方法

说明书

本发明公开了一种自由空间光通信中基于最小失真优化的视频传输方法，基于不平等保护思想设计了可扩展视频编码的前向纠错码(FEC)冗余度分配策略，以优化FSO系统中由于视频编码带来的信源失真和网络丢包造成的传输失真为目的，通过对结合信道状态的失真模型进行求解，得出对不同可扩展层(SVC)的冗余数据包添加方案，从而克服由于FSO系统误码率高带来的不利影响，提高接收端的重建视频质量。本发明通过快速求解算法，保证了视频传输的实时性要求，为自由空间光通信传输可靠、高效的视频流提供了一种有效途径。

技术领域

本发明涉及FSO中视频传输技术领域，特别涉及一种自由空间光通信中基于最小失真优化的视频传输方法。

背景技术

自由空间光通信技术，也称为无线光网络，是一种以激光为载体，在大气空间中实现点到点或者点到多点的信息传输技术。该技术具有高带宽、大通信容量、抗电磁干扰性能好及保密性好等优点，这使得其成为了一种新的研究热点。FSO通信最大的缺点在于信号在传输过程中特别容易受大气环境的影响,造成通信光束的功率衰减、光束漂移、光束扩展、相位起伏以及光强闪烁等问题。

为了达到可靠传输，目前有很多在物理层的技术来减少大气湍流对于光通信带来的影响，近年来研究者又把注意力转移到上层包括链路层、网络层来寻找改善光网络的系统性能的方法。目前采用的主要方法可分为传输前策略(如前纠错码等)和传输后策略(如重传协议等)两种。其中前向纠错码(FEC)在传统无线网络中的应用已经非常普遍，而基于不平等保护(UEP)的自适应机制同样引起很多研究者的研究。

另一方面，根据思科的报告显示，从2014到2019年，无线视频业务占电信总业务将从55％增长到72％，与此同时，FSO技术具有很高的光学带宽可用，恰好能够满足无线视频数据量大的要求。然而，因为FSO网络丢包率高、传输时延大、链路极不稳定，这造成了在无线光网络上传输高效可靠的视频流面临很多挑战。因此根据信道的状态和视频质量层的重要程度设计合理的FEC冗余度分配策略，能够有效提高重建的视频质量，最大限度的利用信道带宽资源。

发明内容

本发明针对自由空间光通信系统中由于大气湍流引起的难以传输高效可靠的视频流的问题，提出了一种高效可行的FSO视频自适应传输方法。通过对不同的视频质量层设计合理的FEC冗余度分配策略，以最小化FSO系统中端到端的视频失真为目的，从而克服由于FSO系统误码率高带来的不利影响，提高接收端的重建视频质量。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种自由空间光通信中基于最小失真优化的视频传输方法，包括以下步骤：

第一步：根据FSO的信道特性，用蒙特卡洛方法搭建FSO信道模型，将信道信噪比s和带宽反馈给发送端的自适应编码模块。

第二步：发送端的的自适应编码模块通过信道状态参数事先建立查找表LUT，反映出解码失败概率p和系统信噪比s、FEC冗余度r的映射关系；

第三步：利用SVC编码器将原始视频编码为多个质量层，包括一个基础层(BL)和若干增强层(EL)。将编码后的视频流以NAL单元分割。

第四步：以GOP为单位，将编码后的NAL单元以N为长度进行封包，记录每个SVC层的字节长度Li。

第五步：发送端的自适应编码模块按照建立的总体视频失真模型和事先建立的查找表，优化求解出不同SVC层的最佳FEC冗余度分配方案，构造编码包和冗余包。

所述视频质量失真模型综合考虑由于编码器造成的信源失真和传输失真两个方面，约束条件是总体的FEC冗余度，如下式所示：

优化目标是合理安排不同SVC质量层的FEC冗余度分配，在信道带宽资源的限制下，最小化视频质量的失真，如下式所示：