[发明专利]基于信道特性的自适应分层视频传输方法

摘要

一种在物理层对具有不同重要性的视频数据提供不同的保护、从而最终提高视频恢复质量的基于信道特性的自适应分层视频传输方法。技术方案是包括下列步骤发送端读入视频序列并采用SVC编码器对视频进行编码，对编码生成的BL和EL比特流，采用16QAM进行调制，根据反馈信道传输来的CSI，进行子载波分配和功率分配，BL和EL符号分别进行串并转换，混合进行IFFT，插入循环前缀，进行并串转换，送入信道；接收端的过程与发送端的过程相反，所得比特流输入SVC解码器进行解码得到BL和EL数据，接收能力弱的接收者接收到BL数据，恢复低分辨率视频，而接收能力强的接收者接收到两层数据，恢复高分辨率视频。

主权项

一种基于信道特性的自适应分层视频传输方法，其特征是包括下列步骤：在视频组播的场景中，当接收端有多个用户时，使用等效传递函数；发送端采用可伸缩视频编码(Scalable Video Coding，SVC)进行信源编码生成不同层的视频数据；利用反馈的信道特性对不同层的视频数据分配不同的子载波进行传输；对不同的子载波采用注水算法进行功率分配；最终保证不同的用户可以得到匹配其信道质量的视频；其中，Ⅰ.所述发送端采用SVC进行信源编码生成不同层的视频数据，包括分层的SVC视频编码、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术、子载波分配以及注水算法过程，具体包括下列步骤：⑴.读入视频序列；⑵.使用SVC编码器对视频序列编码，生成一个基本层(Base Layer，BL)和一个增强层(Enhancement Layer，EL)；⑶.将编码生成的BL和EL比特流使用16正交幅度调制(16 Quadrature Amplitude Modulation，16QAM)进行调制，其调制原则是将相邻的四个二进制比特0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111调制成相应的符号‑3‑3j，‑3‑j，‑3+3j，‑3+j，‑1‑3j，‑1‑j，‑1+3j，‑1+j，3‑3j，3‑j，3+3j，3+j，1‑3j，1‑j，1+3j，1+j；⑷.根据反馈信道传输来的包括信道传递函数H和信道噪声方差E的信道状态信息，对每个子信道对应的Hn进行排序，使得|Ho(1)|2≥|Ho(2)|2≥......≥|Ho(N)|2,其中N为子信道总数，Hn是第n个子信道的传递函数，n∈[1,N]，索引值通过函数n＝o(m)进行表示，其中m∈[1,N]；⑸.根据索引值n＝o(m)，BL符号选择|Hn|2值最大，也即信道质量最好的X1个子信道进行传输；EL符号则用剩余的X2个子信道进行传输，其中X1+X2≤N；⑹.将BL和EL符号根据注水算法进行功率分配，对信道质量好，|Hn|2大的子信道，分配大的信号功率；对|Hn|2小的子信道分配小的信号功率，具体分配原则如式(1)所示：其中，En是第n个子信道的噪声方差,Hn是第n个子信道的传递函数，式中，选择使其满足其中Power是总功率；如果某一个子信道的归一化噪声特别高，当时，那么这个子信道不被使用；⑺.将功率分配之后的BL和EL符号分别从串行信号转换为两个列数相同的并行信号，并将两个并行信号按第Ⅰ部分的步骤⑸所示原则混合得到S(n)，对S(n)进行N点逆傅里叶变换(IFFT)，得到w(n)＝PowernF‑1(S(n))，其中，F‑1代表逆傅里叶变换，Powern是第n个子信道分配的功率；⑻.将w(n)根据公式(2)插入循环前缀(Cyclic prefix，CP)，得到u(n)：其中，TCP是大小为P×N的插入循环前缀矩阵，其中P＝N+L，L是循环前缀的长度，TCP的矩阵形式如式(3)所示：其中，ICP是大小为L×N的单位阵，IN是大小为N×N的单位阵；⑼.将u(n)进行并串转换得到OFDM传输符号；⑽.将OFDM传输符号送入信道，发射到接收端；Ⅱ.所述接收端的处理过程与发送端的过程相反，具体包括下列步骤：⑴.将接收到的串行信号转换为并行信号y(n)，这里y(n)可用式(4)表示：其中，hl是信道冲击响应，η(n)为信道加性噪声，H0是大小为P×P的矩阵，如式(5)所示：H1是大小为P×P的矩阵，如式(6)所示：⑵.将y(n)去除循环前缀得到x(n)，如式(7)所示：其中，RCPH1u(n‑1)为0，RCP是大小为N×P的去除循环前缀矩阵，如式(8)所示：RCP＝[0N×L IN]  (8)式中，0N×L是大小为N×L的零矩阵，IN是大小为N×N的单位阵；⑶.将x(n)进行傅里叶变换(FFT)，得到y'n，如式(9)所示：其中，y'n是第n个子信道FFT变换之后的输出，F代表傅里叶变换，Sn＝S(n)，是大小为N×N的循环矩阵，如式(10)所示：⑷.利用最大似然检测原则对yn′进行判决得到判决过程如式(11)所示：其中，s∈S，S＝{‑3‑3j，‑3‑j，‑3+3j，‑3+j，‑1‑3j，‑1‑j，‑1+3j，‑1+j，3‑3j，3‑j，3+3j，3+j，1‑3j，1‑j，1+3j，1+j}，是判决得到的符号；⑸.将判决得到的并行信号转换为串行信号；⑹.对产生的串行信号进行解调，解调的原则是将‑3‑3j，‑3‑j，‑3+3j，‑3+j，‑1‑3j，‑1‑j，‑1+3j，‑1+j，3‑3j，3‑j，3+3j，3+j，1‑3j，1‑j，1+3j，1+j分别解调为二进制比特0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111；⑺.将解调所得的比特流输入SVC解码器进行解码，得到BL数据和EL数据；其中，能力弱的接收者接收BL数据，得到低分辨率(Low Resolution，LR)视频，能力强的接收者接收到BL和EL数据，从而得到高分辨率(High Resolution，HR)视频；Ⅲ.所述反馈的信道特性对不同层的视频数据分配不同的子载波进行传输，具体包括下列步骤：⑴.通过信道估计，接收端估计n个信道的传递函数H，如式(12)所示，其中，Hn是第n个子信道的传递函数：其中，当接收端有多个用户时，使用式(13)所示的等效传递函数来求得传递函数H，具体实现为：H中的值使用等效传递函数替代：式中，是第n个子信道的等效传递函数，|Hu,n|是第u个用户在第n个子信道的传递函数；⑵.根据式(14)求解信道噪声方差：E＝Prec‑Ptran|H|2  (14)式中，E是信道噪声方差，Prec是接收信号功率，Ptran是传输信号功率，H是信道传递函数；⑶.通过反馈信道，将H和E，反馈给发送端。