一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法技术

本发明专利技术涉及一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，包括视频编码发送过程和视频接收重建过程，所述视频编码发送过程包括：原始视频信号经基本层数字编码和增强层模拟编码的分层编码，对应得到数字信道编码信号和模拟编码信号，并基于功率约束模型将数字信道编码信号与模拟编码信号按最优分配功率进行叠加后发送。与现有技术相比，本发明专利技术充分利用数字编码调制中的功率余量传输增强层相关的信息，在提高功率利用率的同时增强视频传输的重建质量。

A mixed digital video transmission method based on superimposed modulation coding

The invention relates to a mixed video transmission method based on superposition modulation encoding, including video encoding and video transmission receiving reconstruction process, the video encoding process includes: sending the original video signal by the basic layer of digital encoding and enhancement layer encoding encoding layer simulation, the corresponding digital signal and analog signal channel encoding encoding. And the power constraint model based on the digital signal and analog channel encoding encoding signal is superimposed by the optimal allocation of power transmission. Compared with the prior art, the invention fully utilizes the power margin in the digital coding modulation to transmit the relevant information of the enhancement layer, and improves the power utilization rate while enhancing the reconstruction quality of the video transmission.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，尤其是涉及一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法。
技术介绍
现如今，随着无线网络以及无线设备的普及，无线视频的业务也越来越热。无线网络图像视频数据使用量正在呈加速增长的趋势，因此迫切需要研究针对图像视频的无线传输新方法。数模混合传输作为一种有效的克服悬崖效应的传输方式，也开始被广泛研究。视频与传统的网络数据传输的差别在于视频对实时性要求较高，另一方面，用户对于视频传输中的一些差错和失真是可以容忍的。这就给模拟编码传输创造了一个应用场景。在无线视频研究领域存在以下几个问题：一是移动性，比如说用户手持移动的设备，位置在不停的发生变化，因此它的信道也是在变化的，所以信道的质量也是在不停变化的；二是对于无线视频的广播传输，不同的用户在不同的地点，信道也具有分集特性；三是随着视频应用的普及，接收端从手机到各人电脑，它们的时间分辨率和空间分辨率都不一样。因此希望视频的传输获得的质量，能够在一定的信道范围质量内达到比较好的视频质量，同时，希望视频的质量能支持多分辨率，包括时间分辨率和空间分辨率。现有数字编码方案它存在悬崖效应。信源经过熵编码之后，经过信道传输。根据香农的分离编码理论，对于点到点通信，这个性能是可以达到最优的。但这个最优性能是有前提的，一是要对信道质量估计非常准确；一旦信源数字编码的码率确定之后，如果信道质量发生变化，信道变得更好，也不能利用信道质量变好带来的增益，如果信道质量变差，差到临界点，整个视频质量就会出现悬崖效应。因此在数字视频传输中，虽然数字编码效率很高，在估计准信道状态的情况下，它的编码性能很高，但是它缺少可伸缩性。悬崖效应核心的问题是：在数字编码中，把信源符号映射到信道符号时，它并不是线性映射。也就是如果一个比特发生错误的时候，它对应的信源符号并不是邻近的信源符号，而可能跑到很远的位置去了。模拟编码的核心思想是：信源符号经过编码映射之后其实是线性映射到它的周围。这样它对错误就能有很好的抵抗。因此信道质量有多好，得到的信号质量就与它相匹配。信道质量好，就得到好的信号质量；信道质量差一点，就得到较差的信号质量。为克服传统无线视频传输的缺陷，本专利技术提出一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，具体是一种单用户数模信号叠加时的码率和功率分配优化选择方法，旨在针对不同的视频内容，利用信道反馈信息，实现对数模混合资源的最优分配策略，提高视频传输的平均PSNR(峰值信噪比)。这个分配方案考虑了数字视频压缩参数(即量化参数QP)、数字部分功率、模拟部分功率互相的平衡关系，通过最小化接收端的失真，得到这些参数的值。特别是考虑了视频内容对参数选择的影响，对于给定的视频，都能通过本专利技术分配方案得到最优的数模混合分配结果，实现在接收端的视频高质量完美平滑重现。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法。本专利技术利用分层编码，将数字部分的编码失真用模拟编码来传输，模拟编码中以功率优化代替了数字编码中的量化、熵编码和信道编码，实现的目的是，利用信道反馈的信道状态信息，对不同的视频源序列，选择最适合的数字调制方式、视频源的压缩参数、以及数字部分和模拟部分的分配功率，确保视频在无线信道中传输的时候，随着信道质量变化能够达到连续的图像质量衰减，同时接收端的视频也能达到高质量的重建。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，包括视频编码发送过程和视频接收重建过程，所述视频编码发送过程包括：原始视频信号经基本层数字编码和增强层模拟编码的分层编码，对应得到数字信道编码信号和模拟编码信号，并基于功率约束模型将数字信道编码信号与模拟编码信号按最优分配功率进行叠加后发送；其中，基本层数模编码过程为：原始视频信号经基于最优量化参数的数字信源编码器得到数字比特流，数字比特流经数字信道编码器得到数字信道编码信号，增强层模拟编码过程为：数字比特流经视频解码器得到重建的数字编码视频，原始视频信号与重建的数字编码视频求差得到残差信号，残差信号经模拟编码器得到模拟编码信号。所述视频编码发送过程中，基于功率约束模型获取数字信道编码信号与模拟编码信号的最优分配功率的方法包括以下步骤：1)建立功率约束模型，满足以下公式：Pa+Pd＝PT式中，SINR为预设的信噪比阈值，SNRreal为实际的信噪比，PT为总功率，Pa为对应模拟编码信号的分配功率，Pd为对应数字信道编码信号的分配功率；2)基于功率约束模型，根据SINR与SNRreal的数值关系获取数字信道编码信号的最优分配功率Pd′与模拟编码信号的最优分配功率Pa′，满足以下公式：若SINR＝SNRreal，则Pa′＝0，Pd′＝PT；若SNRreal＞SINR，则Pd′＝PT-Pa′。所述基本层数模编码过程中，最优量化参数根据模拟编码信号的最优分配功率P′a获取，满足以下公式：式中，QP′表示最优量化参数，PT为总功率，为信道噪声，a和b为设定的参数。所述参数a和b满足以下公式：Nd＝a·exp(b·QP)式中，QP为设定的量化参数，Nd为数字比特流的数据长度。所述视频编码发送过程中，数字信道编码信号与模拟编码信号的最优分配功率以及最优量化参数的选取使得数字信道编码信号的失真度为0，且模拟编码信号的失真度最小，所述模拟编码信号的失真度满足以下公式：式中，符号Min(·)表示取(·)内最小值，n为残差信号分块后的子块总数，λi为残差信号分块后的第i个子块的块方差，Pa′为模拟编码信号的最优分配功率，为信道噪声。所述视频编码发送过程中，还建立了残差信号分块后的子块的块方差与量化参数之间的线性函数关系，对应的建立过程为：1)在设定的量化参数取值范围内，选取最高值QPmin和最低值QPmax；2)将原始视频信号划分为多个画面组GoP，由每个GoP分别得到与QPmin和QPmax对应的残差信号数据；3)对步骤2)获得的两组的残差信号数据分别进行3维DCT变换，将3维DCT变换得到的DCT系数进行分块，获取分块后每个子块的块方差，用λi表示第i个子块的块方差；4)用线性函数lnλi＝ki·QP+wi表示lnλi随QP变化的曲线，可得：式中，和表示在QPmin和QPmax下第i个子块的块方差，ki和wi为第i个子块对应的曲线参数；5)对于一个GoP中的每个子块，都对应得到一组ki和wi，则对于任意给出的一个量化参数QP的数值，可得在量化参数QP下第i个子块的块方差λi_QP为：λi_QP＝exp(ki·QP+wi)。所述视频接收重建过程包括：接收的信号经数字信道解码器得到重建的数字信道编码信号，由重建的数字信道编码信号得到重建的数字比特流，重建的数字比特流经数字信源解码器得到重建的数字编码视频；接收的信号与重建的数字信道编码信号求差得到带躁的模拟编码信号，带躁的模拟编码信号经模拟解码器得到重建的残差信号；重建的数字编码视频与重建的残差信号相叠加，获得重建的原始视频信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术利用数字编码获得最佳的编码效率，模拟编码获得平缓的视频质量变化。通过混合数模编码方法，可以有效地结合二者的优点，充分利用数字编码调制中的功率余量传输增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，包括视频编码发送过程和视频接收重建过程，其特征在于，所述视频编码发送过程包括：原始视频信号经基本层数字编码和增强层模拟编码的分层编码，对应得到数字信道编码信号和模拟编码信号，并基于功率约束模型将数字信道编码信号与模拟编码信号按最优分配功率进行叠加后发送；其中，基本层数模编码过程为：原始视频信号经基于最优量化参数的数字信源编码器得到数字比特流，数字比特流经数字信道编码器得到数字信道编码信号，增强层模拟编码过程为：数字比特流经视频解码器得到重建的数字编码视频，原始视频信号与重建的数字编码视频求差得到残差信号，残差信号经模拟编码器得到模拟编码信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，包括视频编码发送过程和视频接收重建过程，其特征在于，所述视频编码发送过程包括：原始视频信号经基本层数字编码和增强层模拟编码的分层编码，对应得到数字信道编码信号和模拟编码信号，并基于功率约束模型将数字信道编码信号与模拟编码信号按最优分配功率进行叠加后发送；其中，基本层数模编码过程为：原始视频信号经基于最优量化参数的数字信源编码器得到数字比特流，数字比特流经数字信道编码器得到数字信道编码信号，增强层模拟编码过程为：数字比特流经视频解码器得到重建的数字编码视频，原始视频信号与重建的数字编码视频求差得到残差信号，残差信号经模拟编码器得到模拟编码信号。2.根据权利要求1所述的一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，其特征在于，所述视频编码发送过程中，基于功率约束模型获取数字信道编码信号与模拟编码信号的最优分配功率的方法包括以下步骤：1)建立功率约束模型，满足以下公式：SINR=10log10(PdPa+σn2)]]>SNRreal=10log10(Pa+Pdσn2)]]>Pa+Pd＝PT式中，SINR为预设的信噪比阈值，SNRreal为实际的信噪比，PT为总功率，Pa为对应模拟编码信号的分配功率，Pd为对应数字信道编码信号的分配功率；2)基于功率约束模型，根据SINR与SNRreal的数值关系获取数字信道编码信号的最优分配功率Pd′与模拟编码信号的最优分配功率Pa′，满足以下公式：若SINR＝SNRreal，则Pa′＝0，Pd′＝PT；若SNRreal＞SINR，则Pd′＝PT-Pa′。3.根据权利要求1所述的一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，其特征在于，所述基本层数模编码过程中，最优量化参数根据模拟编码信号的最优分配功率Pa′获取，满足以下公式：QP′=1blnlog2((PT+σn2)/(Pa′+σn2))a]]>式中，QP′表示最优量化参数，PT为总功率，为信道噪声，a和b为设定的参数。4.根据权利要求3所述的一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，其特征在于，所述参数a和b满足以下公式：Nd＝a·exp(b·QP)式中，QP为设定的量化参数，Nd为数字比特流的数据长度。5.根据权利要求1所述的一种基于叠加调制编码的数模混合视频传输方法，其特征在于，所述视频编码发送过...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭彬，崔浩，吴俊，钱亦宸，刘典，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31