一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法技术方案

本发明专利技术公开了一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法，按照以下步骤进行：步骤1：用户接收机将MIMO系统的子信道的信道增益和用户对视频帧率、空间分辨率和视频质量的要求反馈回发射端；步骤2：发射机根据反馈信息从采用可分级视频编码的比特流中抽取能满足用户要求的视频层，将不同的视频层分配给相应的发射天线，同时在不同的视频层上采用最优的编码调制方式和发送功率；步骤3：接收机利用迫零接收机分离来自不同发射天线的视频流，并对视频流进行解调和解码，以恢复出满足用户要求的视频信息。本发明专利技术的有益效果是MIMO系统的视频传输在保证视频质量和传输时延的条件下，系统功耗低。

【技术实现步骤摘要】
一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法
本专利技术属于视频传输
，涉及一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法。
技术介绍
可分级视频编码(scalablevideocoding，SVC)的基本思想是用户端的解码器可以从接收到的完整比特流中通过比特流抽取的方式获得不同帧率、分辨率以及不同质量的视频流。可分级视频编码技术将视频流分成一个基本层和多个增强层。基本层包括最低帧率、分辨率和质量的视频包以及用于解码的参数集合等重要信息。增强层则包括用于提高视频流的帧率、分辨率和视频质量的信息。用户可以根据对视频质量的要求从完整的视频流中抽取相应的视频包进行解码。为提高信道的传输速率，第四代移动通信系统中物理层采用了多输入多输出技术(MIMO，MultipleInputMultipleOutput)，它能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的频谱利用率.可分级视频编码技术可以通过比特流抽取的方式为用户提供不同速率的视频流。而MIMO系统可以通过预编码、功率控制和自适应编码调制技术为用户提供不同的信道传输速率。当信源编码速率和信道传输速率相匹配时，系统才能获得最高的传输效率。因此，在无线视频传输的系统设计中，我们需要对视频流的编码速率和信道的传输速率进行联合优化，以达到最大化视频质量或最小化资源损耗的目的。目前，在支持可分级视频编码的无线系统的优化问题方面已经开展了一些研究工作。这些工作从视频流的层数选择，对视频流进行非均衡保护，信源、信道速率联合优化等方面提高了接收端的视频质量。当无线信道的传输条件较差时，往往需要视频编码器降低视频流的比特率以保证视频信号的可靠传输。对于可分级视频流的应用而言，传统的降低视频比特率的方法是丢掉部分增强层的视频包，但这会大大降低接收端的重建视频质量。为提高视频质量，文献[1]为多速率无线网络，特别是802.11标准下的无线局域网的可分级视频传输，提出了一种跨层优化机制。该机制根据每一视频层的相对重要性调整相应的物理层参数。在满足视频传输时延约束的条件下，对可传输的最大视频层数以及每一层的传输速率进行优化，以最小化视频畸变。文献[2]研究了采用自适应编码调制技术的可分级视频多播技术。通过为不同的视频层选择不同的编码调制方案，可分级视频编码技术可以为信道条件好的用户提供好的视频质量，同时为信道条件差的用户提供基本的视频服务。将可分级视频编码运用于无线多播流的关键在于确定如何为多个视频会话中的不同视频层选择合适的编码调制参数和在不同的视频会话间最优的资源分配方案。论文[2]将上述问题规划为在资源受限条件下，最大化总系统效用的优化问题，并提出了用于解决该问题的伪多项式时间的最优算法和全多项式时间的近似算法。当可分级视频流在MIMO信道中传输时，发送端不仅要考虑在不同视频层上的编码调制方式，还要考虑如何将不同的视频层映射到不同的MIMO子信道上进行传输。文献[3]-[6]研究了在MIMO系统的可分级视频传输技术。根据可分级视频编码的编解码结构特点，不同时间、空间和质量层的视频层对解码视频具有不同的重要性。在传输过程中，基本层发生错误要比增强层发生错误带给视频解码的负面影响更严重。文献[3]提出了基于部分信道信息的自适应信道选择模型，利用MIMO的不同子信道对不同的视频层进行不均衡的误差保护，即用信道条件好的子信道传输重要性高的视频层，用信道条件较差的子信道传输重要性低的视频层。文献[4]提出了一个在采用预编码的MIMO系统中传输可分级视频流的方案。通过预编码技术将MIMO信道分解成平行子信道，然后将每个子信道上所用的编码调制方式和信源编码参数进行联合优化，以实现对视频信道的非均衡误差保护。为提高MIMO系统中传输的视频质量，文献[5]提出了一种基于内容的速率自适应可分级编码模型。该模型研究了视频内容、视频子流比特率、可实现的峰值信噪比和误码率之间的关系，联合优化物理层参数和视频子流配置，有效改善了由于信道错误或增强层丢失而引起的峰值信噪比下降的问题。文献[6]研究了可分级视频流在多用户MIMO信道中的传输问题。论文在物理层采用迫零预编码消除用户间的多用户干扰，在应用层采用中粒度可分级视频编码技术。将考虑时延约束，总功率约束的条件下最小化所有用户的视频畸变和的问题规划为一个非线性优化问题，并利用列生成优化算法获得了使视频畸变值最小的编码速率和发送功率。上述方案均没有研究在保证视频质量和传输时延的条件下，对可分级视频流的层数，MIMO子信道的发送功率、编码调制方式，以及不同视频层和物理子信道的映射关系进行联合优化的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法，解决了目前MIMO系统的视频传输方法均没有在保证视频质量和传输时延的条件下降低系统功耗的问题。本专利技术所采用的技术方案是按照以下步骤进行：步骤1：用户接收机将MIMO系统的子信道的信道增益和用户对视频帧率、空间分辨率和视频质量的要求反馈回发射端。步骤2：发射机根据反馈信息从采用可分级视频编码的比特流中抽取能满足用户要求的视频层，将不同的视频层分配给相应的发射天线，同时在不同的视频层上采用最优的编码调制方式和发送功率。步骤3：接收机利用迫零接收机分离来自不同发射天线的视频流，并对视频流进行解调和解码，以恢复出满足用户要求的视频信息。进一步，所述步骤1中，发射机向接收机发送导频信息，接收机利用导频信息估计子信道的信道增益，第i个子信道的信道增益为其中，H表示M×N的信道矩阵，M和N分别表示接收天线和发射天线的个数，N0为噪声功率，接收端将各子信道的信道增益反馈回发送端，设可分级视频编码器在一个GOP内所产生的第l层视频流的速率为rl。令bl,i和Pl,i分别表示第l层视频流在第i个子信道上传输时每个符号周期传送的比特数和发送功率，若发射机采用格码编码调制技术，则第l个视频层在第i个子信道上的瞬时比特错误率可表示为：其中，α和β为和编码方式相关的参数，第l个视频层在第i个子信道上的发送功率可表示为：在第i个子信道上传输第l层视频流需要的时延为T为符号周期，即传输一个符号需要的时间。进一步，所述步骤2中，发送端需要根据接收端的反馈信息和用户对视频帧率、分辨率以及质量的要求，进行视频层的选择，同时对各视频层的调制方式，发送功率，和发送天线进行优化：优化问题可用公式表述为：st.(f,s,q)＝(f0,s0,q0)bl,n＝{0,2,4,…bmax}ρl,n＝{0,1}其中，ρl,n表示第l层视频流的分配因子(ρl,n＝0或1)，一个视频层只能分配给一根天线，若ρl,n＝1，表示将第l层视频分配给第n根发射天线，若ρl,n＝0，表示第l层视频不分配给第n根发射天线，(f0,s0,q0)表示用户对帧率,空间分辨率和峰值信噪比(PSNR)的要求，提取的视频层数、Pl，n在天线n上的第视频层的功率、bmaxb代表调制方式中每个符号周期传送的比特数，bmax代表最大允许值，此处它的值为8，τ0为系统允许的延时标准。本专利技术的有益效果是MIMO系统的视频传输在保证视频质量和传输时延的条件下，系统功耗低。附图说明图1采用可分级视频编码(SVC)的MIMO系统框图；图2是当在同一根天线上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：用户接收机将MIMO系统的子信道的信道增益和用户对视频帧率、空间分辨率和视频质量的要求反馈回发射端；步骤2：发射机根据反馈信息从采用可分级视频编码的比特流中抽取能满足用户要求的视频层，将不同的视频层分配给相应的发射天线，同时在不同的视频层上采用最优的编码调制方式和发送功率；步骤3：接收机利用迫零接收机分离来自不同发射天线的视频流，并对视频流进行解调和解码，以恢复出满足用户要求的视频信息。

【技术特征摘要】
1.一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：用户接收机将MIMO系统的子信道的信道增益和用户对视频帧率、空间分辨率和视频质量的要求反馈回发射端；步骤2：发射机根据反馈信息从采用可分级视频编码的比特流中抽取能满足用户要求的视频层，将不同的视频层分配给相应的发射天线，同时在不同的视频层上采用最优的编码调制方式和发送功率；其中：求解此优化问题的步骤：1)列举出所有可能的有效比特流，用JSVM里的指令，从有效比特流中找出满足(f0,s0,q0)要求的包含最小层数的比特流，(f0,s0,q0)表示用户对帧率,空间分辨率和峰值信噪比(PSNR)的要求；由于峰值信噪比会受到各视频层的传输误码率的影响，因此，应选择帧率及分辨率满足要求且峰值信噪比大于q0的有效比特流；得到各层的BER(误码率)和PSNR(峰值信噪比)的关系，获得为满足PSNR要求各层需要达到的误比特率el；2)采用启发式的比特和天线分配方案，逐一将各个视频层分配到各个天线上；如果该天线上只含一个视频流，则表示小于x的最大整数，bl,i和Pl,i分别表示第l层视频流在第i个子信道上传输时每个符号周期传送的比特数和发送功率，T为符号周期，rl为可分级视频编码器在一个GOP内所产生的第l层视频流的速率，τ0为系统允许的延时标准，α和β为和编码方式相关的参数，γi为第i个子信道的信道增益，el表示第l层视频流需要达到的误比特率；如果该天线上包含Ln>1个视频流，Ln表示第n个天线上包含的视频流个数，则先令该天线上所有视频流的bl,i等于最大比特数bmax，然后依次减小bl,i的值,获得Ln组可能的比特分配方式，计算每一种方式对应的发送延时和发送功率从中选出延时满足约束条件，且发送功率最小的比特分配方式，并对bl,i的值进行更新；重复上述步骤直到找不到延时满足条件的比特分配方式；根据上述方法，计算将视频流分配到不同天线时系统的总发送功率，将视频流分配给对应总发送功率最小的天线；对每个视频流进行相同的操作，直到所有视频流分配完毕；步骤3：接收机利用迫零接收机分离来自不同发射天线的视频流，并对视频流进行解调和解码，以恢复出满足用户要求的视频信息。2.按照权利要求1所述一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法，其特征在于：所述步骤2的1)中，发送端的解码器丢弃包含出错比特的NAL单元(NAL:Ne...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐岚，沈欣，张兴敢，柏业超，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32