优化无线视频接收器能效的方法技术

本发明专利技术公开了一种优化无线视频接收器能效的方法，该方法中首先构建了一种简单但有效的双边能量感知模型来描述无线视频接收器的能量消耗；然后采用最小二乘法确定所述双边能量感知模型的系数；然后通过拉格朗日乘因子法计算所述双边能量感知模型的最优解，根据最优解在无线视频发送器中选择最佳编码参数来优化接收器的能量消耗。与传统视频流策略相比，该优化无线视频接收器能效的方法所提出的双边能量感知模型具有模型简洁、计算高效易于实现的特点，在给定的视频质量约束下能显著节省接收器的能量消耗。

Optimizing Energy Efficiency of Wireless Video Receiver

The invention discloses a method for optimizing the energy efficiency of wireless video receivers, in which a simple but effective bilateral energy sensing model is constructed to describe the energy consumption of wireless video receivers, then the coefficients of the bilateral energy sensing model are determined by least square method, and then the optimal bilateral energy sensing model is calculated by Lagrange multiplier method. According to the optimal solution, the optimal coding parameters are selected in the wireless video transmitter to optimize the energy consumption of the receiver. Compared with the traditional video streaming strategy, the bilateral energy sensing model proposed by this method for optimizing the energy efficiency of wireless video receivers has the characteristics of simple model, high computational efficiency and easy implementation, and can significantly save the energy consumption of receivers under given video quality constraints.

【技术实现步骤摘要】
优化无线视频接收器能效的方法
本专利技术是关于移动视频通信
，特别是关于一种优化无线视频接收器能效的方法。
技术介绍
近年来，移动设备在计算能力、内存、屏幕分辨率等方面变得更加强大，为移动设备上观看电视和多媒体内容提供了改进的体验。然而，受到无线信道的传输差错和移动设备的有限电池功率限制，从基站按时向各种移动接收器广播视频数据是具有挑战性的任务。不稳定的无线信道通常遭受多路径和遮挡效应干扰，在编码比特率和帧内刷新率之间实现平衡就显得格外重要。此外，移动设备是便携式的，并且只能配备寿命有限的小电池，故在流媒体会话期间需要节省移动设备的能量以便用户可以观看更长时间的视频。专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，当前大多数关于编码比特率、失真控制和功耗之间折衷的模型高度复杂，考虑到无线传输系统的实时性要求，并不适合于实际的流式视频业务。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种优化无线视频接收器能效的方法，具有模型简洁、计算高效易于实现的特点，能够满足无线传输系统中流式视频业务的实时性要求。为实现上述目的，本专利技术提供了一种优化无线视频接收器能效的方法，该方法用于降低所述无线视频接收器播放视频流过程中的传输和解码功耗，该优化无线视频接收器能效的方法包括：根据无线视频接收器的通信能耗和解码能耗得到双边能量感知模型E＝(T×Eb+k1)×α×RI+(T×Eb+k2)×(1-α)×RP+k3×α+k4，其中，T为调度窗口的时长，Eb为单位比特传输能耗，α为所述调度窗口内的帧内帧的比例，RI为所述调度窗口内的帧内帧的码率，Rp为所述调度窗口内的帧间帧的码率，Rd为所述调度窗口内的总码率，即Rd＝α×RI+(1-α)×Rp，c1，c2，c3，c4，c5为加权系数，k1＝c1+c4，k2＝c2+c4，k3＝c3，k4＝c5；采用最小二乘法确定所述双边能量感知模型的系数k1，k2，k3，k4；在所述双边能量感知模型中输入所述调度窗口的时长T，所述单位比特传输能耗Eb，所述系数k1，k2，k3，k4，所述总码率Rd，接收器缓冲区长度B，以及受限失真水平最大值D，通过拉格朗日乘因子法计算所述双边能量感知模型的所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解；根据所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解，在无线视频发送器中设置最佳编码参数。在一优选的实施方式中，根据无线视频接收器的通信能耗和解码能耗得到所述双边能量感知模型包括：计算所述通信能耗Er＝Rd×T×Eb；计算所述解码能耗Ed＝c1×α×RI+c2×(1-α)×RP+c3×α+c4×Rd+c5；计算所述无线视频接收器总能耗E＝(c1+c4+T×Eb)×α×RI+(c2+c4+T×Eb)×(1-α)×RP+c3×α+c5；令k1＝c1+c4，k2＝c2+c4，k3＝c3，k4＝c5，最终得到如下双边能量感知模型：E＝(T×Eb+k1)×α×RI+(T×Eb+k2)×(1-α)×RP+k3×α+k4。在一优选的实施方式中，通过微软的Joulemeter软件测量接收器的能量消耗从而确定所述双边能量感知模型的所述系数k1，k2，k3，k4。在一优选的实施方式中，通过微软的Joulemeter软件测量接收器的能量消耗从而确定所述双边能量感知模型的所述系数k1，k2，k3，k4包括：将x264编码器和ffmpeg解码器分别用于生成和解码视频包进而模拟LTE/4G网络传输；将所述调度窗口的时长T设置为秒级，根据网络接口参数配置所述单位比特传输能耗值Eb，所述调度窗口内的帧内帧的比例α设置为(0,1)范围，所述调度窗口内的总码率Rd设置在几百Kbps到几Mbps的范围；测量不同(α,Rd)组合下的能耗数据，形成E～(α,Rd)三维测量曲面；采用最小二乘方法拟合所述调度窗口内的帧内帧的比例α、所述调度窗口内的总码率Rd和相应的所述能耗数据组成的三维数据点从而得到所述双边能量感知模型的所述系数k1，k2，k3，k4。在一优选的实施方式中，通过拉格朗日乘因子法计算所述双边能量感知模型的所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解包括：以所述调度窗口内的总码率约束、缓冲区约束以及失真约束为约束条件，以总能量消耗最低为目标函数，根据拉格朗日乘因子法计算所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解，其中，所述总码率约束为Rd＝α×RI+(1-α)×Rp≤R；所述缓冲区约束为Rd×T×(R-Rd)/(n×R)≤B，其中n是每个突发完全填充和清空所述接收器缓冲区的最小值；所述失真约束为其中，(δI2,γI)和(δP2,γP)分别表示帧内帧、帧间帧中量化后DCT系数的方差和标定系数；所述目标函数为与现有技术相比，根据本专利技术的优化无线视频接收器能效的方法具有如下优点：本专利技术所提出的双边能量感知模型只优化帧内帧比例、帧内帧码率和帧间帧码率三种目标参数，进而通过拉格朗日方法优化求解，因而具有模型简洁计算高效易于实现的特点。另外，本专利技术还考虑了视频流的总码率、延迟和可接受失真三种约束，因而能够在明显降低接收器播放功耗的前提下不影响体验质量。附图说明图1是根据本专利技术一实施方式的优化无线视频接收器能效的方法的流程图；图2是根据本专利技术一实施方式的E～(α,Rd)三维测量曲面。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。为了解决现有技术的问题，本专利技术从假设参考接收器的码率、延迟和失真约束出发，提出了一种简单但有效的双边能量感知模型来描述无线视频接收器的能量消耗，通过在发送器中选择最佳编码参数(即比特率和帧内刷新率)来优化接收器的能量消耗。为了实现对双边能量感知模型的高效求解，本专利技术采用最小二乘法确定模型系数，通过拉格朗日乘因子法计算模型的最优解。在基本不增加计算复杂度的前提下，有效降低了无线视频接收器播放流式视频的传输和解码功耗，给出了满足码率、延迟和失真约束的视频流方案。图1是根据本专利技术一实施方式的优化无线视频接收器能效的方法的流程图。该优化无线视频接收器能效的方法包括步骤S1～S4。在步骤S1中构建双边能量感知模型。根据无线视频接收器的通信能耗和解码能耗得到双边能量感知模型。具体地，无线视频接收器的通信能耗取决于传输的比特数以及单位比特传输能量，传输的比特数又进一步由传输时长和传输码率计算。为此无线视频接收器通信能耗Er的算法为Er＝Rd×T×Eb，其中，Rd为总码率，T为调度窗口时长，Eb为单位比特传输能耗。无线视频接收器的解码能耗为解码接收数据所需的能量消耗，由于帧间帧使用了空域和时域编码，而帧内帧仅使用空域编码，因此解码帧间帧将消耗更多能量，因而解码接收数据所消耗的能量取决于帧间帧与帧内帧的比例。另外，对于视频解码器，逆量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化无线视频接收器能效的方法，该方法用于降低所述无线视频接收器播放视频流过程中的传输和解码功耗，其特征在于，该优化无线视频接收器能效的方法包括：根据无线视频接收器的通信能耗和解码能耗得到双边能量感知模型E＝(T×Eb+k1)×α×RI+(T×Eb+k2)×(1‑α)×RP+k3×α+k4，其中，T为调度窗口的时长，Eb为单位比特传输能耗，α为所述调度窗口内的帧内帧的比例，RI为所述调度窗口内的帧内帧的码率，Rp为所述调度窗口内的帧间帧的码率，Rd为所述调度窗口内的总码率，即Rd＝α×RI+(1‑α)×Rp，c1，c2，c3，c4，c5为加权系数，k1＝c1+c4，k2＝c2+c4，k3＝c3，k4＝c5；采用最小二乘法确定所述双边能量感知模型的系数k1，k2，k3，k4；在所述双边能量感知模型中输入所述调度窗口的时长T，所述单位比特传输能耗Eb，所述系数k1，k2，k3，k4，所述总码率Rd，接收器缓冲区长度B，以及受限失真水平最大值D，通过拉格朗日乘因子法计算所述双边能量感知模型的所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解；以及根据所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解，在无线视频发送器中设置最佳编码参数。...

【技术特征摘要】
1.一种优化无线视频接收器能效的方法，该方法用于降低所述无线视频接收器播放视频流过程中的传输和解码功耗，其特征在于，该优化无线视频接收器能效的方法包括：根据无线视频接收器的通信能耗和解码能耗得到双边能量感知模型E＝(T×Eb+k1)×α×RI+(T×Eb+k2)×(1-α)×RP+k3×α+k4，其中，T为调度窗口的时长，Eb为单位比特传输能耗，α为所述调度窗口内的帧内帧的比例，RI为所述调度窗口内的帧内帧的码率，Rp为所述调度窗口内的帧间帧的码率，Rd为所述调度窗口内的总码率，即Rd＝α×RI+(1-α)×Rp，c1，c2，c3，c4，c5为加权系数，k1＝c1+c4，k2＝c2+c4，k3＝c3，k4＝c5；采用最小二乘法确定所述双边能量感知模型的系数k1，k2，k3，k4；在所述双边能量感知模型中输入所述调度窗口的时长T，所述单位比特传输能耗Eb，所述系数k1，k2，k3，k4，所述总码率Rd，接收器缓冲区长度B，以及受限失真水平最大值D，通过拉格朗日乘因子法计算所述双边能量感知模型的所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解；以及根据所述帧内帧的比例α、所述帧内帧的码率RI、所述帧间帧的码率Rp的最优解，在无线视频发送器中设置最佳编码参数。2.如权利要求1所述的优化无线视频接收器能效的方法，其特征在于，根据无线视频接收器的通信能耗和解码能耗得到所述双边能量感知模型包括：计算所述通信能耗Er＝Rd×T×Eb；计算所述解码能耗Ed＝c1×α×RI+c2×(1-α)×RP+c3×α+c4×Rd+c5；计算所述无线视频接收器播放视频流的总能耗E＝(c1+c4+T×Eb)×α×RI+(c2+c4+T×Eb)×(1-α)×RP+c3×α+c5；以及令k1＝c1+c4，k2＝c2+c4，k3＝c3，k4＝c5，最终得到如下双边能量感知模型：E＝(T×Eb+k1)×α×RI+(T...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中元，边学工，
申请(专利权)人：武汉随锐亿山科技有限公司，随锐科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42