[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

摘要

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。

主权项

1.一种自由空间光通信中基于最小失真优化的视频传输方法，其特征在于：发送端根据信道参数和视频参数，动态分配FEC冗余度，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： E [ d ( L i ) ] = Σ l = 0 L d l P l ( s , r l ) - - - ( 1 ) ]]>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： arg r l m i n Σ l = 0 L d l P l ( s , r ) - - - ( 2 ) ]]>s.t. Σ l = 0 L | L l | r l = Σ l = 0 L | L l | R - - - ( 3 ) ]]>rl≤1 (4)其中，E[d(Li)]是视频传输的总失真；L是SVC质量层的数量；dl是第l个svc扩展层的信源失真，主要和编码速率和量化参数QP相关，能够反映出不同扩展层对于解码的重要程度；r是一个L×1的向量，它的每个元素rl表示为lth可扩展层分配的FEC冗余度，优化的目的就是确定一个最优的r，使得视频总失真最小；Pl(s,r)是第l个SVC扩展层解码失败的概率，s是系统信噪比SNR；|Ll|表示第l个SVC扩展层的封包总长度；R是系统最大总体的FEC冗余度；第六步：发送到将编码后的数据经过BPSK调制，发送到模拟的FSO网络上；第七步：接收端从FSO网络中接收数据包，首先进行CRC校验，若校验通过，则保留此编码帧，否则丢弃；第八步：编码包进行FEC解码得到视频压缩数据包，根据FEC码的最大纠错能力恢复数据包；第九步：进一步使用H264decoder解码得到视频序列，同时采取frame-copy错误隐藏技术处理无法成功解码的视频帧；第十步：通过与原始视频序列对比，计算出重建视频质量的PSNR值，进行视频质量评价。