一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法技术

本发明专利技术公开了一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法，其特征包括：基于带随机误差的信道状态估计进行流媒体可伸缩编码层的选择传输控制；基于部分可观Markov决策过程模型进行性能分析和策略优化；采用在线策略迭代算法进行编码层传输控制策略的自适应优化。本发明专利技术能通过视频编码层的选择传输，以流量的自适应调节实现传输能效的优化，从而在保证实时流媒体视频质量QoS的同时有效提高传输能效。

【技术实现步骤摘要】
一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法
本专利技术属于无线多媒体通信领域，具体的说是一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法。
技术介绍
随着数字和移动通信技术的快速发展，近年来通过无线普适接入的网络多媒体服务急剧增长。由于视频相关的应用和智能移动终端的普及，目前超过一半的无线数据流量由流媒体构成，并预期在未来十年内将达到三分之二以上。无线流媒体传输的高传输速率需求导致无线传输的能耗急剧增长。基于环境和经济因素的考虑，提高无线传输的能效日益成为无线多媒体通信系统设计和运行中的一个重要课题，同时信道波动的特性使得实时流媒体无线传输的QoS保证更具挑战性。在无线通信的各个层级进行系统资源的动态配置是实现具有QoS保证的高能效传输的有效途径。现有技术方案涉及链路层的基于动态功率控制和自适应调制编码的传输速率控制，以及传输层的可伸缩视频编码。Q.Jiang,V.C.M.Leung,M.T.Pourazad,etal.,Energy-efficientadaptivetransmissionofscalablevideostreamingincognitiveradiocommunications,IEEESystemsJournal,2016考虑基于认知无线信道进行流媒体高能效的传输，提出一种结合可伸缩视频编码和传输速率控制的跨层协同的优化方案。构建事件驱动的Markov控制过程模型并采用策略迭代算法求解最优策略。依赖精确信道状态信息，需要链路层动态功率控制的辅助，并涉及复杂的跨层协同机制。S.-P.Chuah,Z.Chen,Y.-P.Tan,Energy-efficientresourceallocationandschedulingformulticastofscalablevideooverwirelessnetworks,IEEETransactionsonMultimedia,2012以及J.Lee,B.C.Yeo,J.S.Kim,etal.,Energyefficientscalablevideocodingbasedcooperativemulticastschemewithselectivelayerforwarding,IEEECommunicationsLetter,2013提出结合可伸缩视频编码和自适应调制编码的无线流媒体组播方案以适应同组混杂用户的不同信道条件和视频质量要求。不同的视频编码层采用不同的调制编码进行传输，从而为低增益信道状态的用户提供基本的视频质量，而为高增益信道状态的用户提供更高的视频质量。给定频谱资源、能耗预算和各传输周期中用户的信道状况，将各视频编码层的传输调制编码选择建模为一个(混合)整数规划问题并通过动态规划求解最优策略。依赖精确信道状态信息，未解决各用户信道波动情况下的QoS保证问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法，以期能基于带随机误差的信道状态估计，以流量的自适应调节实现传输能效的优化，从而在保证实时流媒体视频质量QoS的同时有效提高传输能效。本专利技术为达到上述专利技术目，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法的特点是：所述实时流媒体是由N个编码层组成的视频流，所述N个编码层包括：1个基本层和N-1个增强层；记由前n个编码层组成的视频流的数据率为un，数据率集合为U＝{un,n＝1,...,N}；H为离散化的信道增益集合；B表示信道估计状态集合，且B＝H；控制行动表示选择前n个编码层数据进行传输，且控制行动集合定义策略为其中表示当信道估计状态为b时采取控制行动的概率；记确定型策略集合为以L(b)＝du等价表示所述无线传输方法是由发送端和接收端通过增益波动的无线信道按如下步骤进行：步骤1、初始化：定义优化再生周期的序号为m；各优化再生周期中的传输周期的序号为n；在第m个优化再生周期中的第n次传输标记为令m＝1；从状态估计集合B中任选一个估计状态作为b*；任选一个策略Lm∈Π作为初始策略；令拉格朗日因子αm＝a1，a1为大于零的实数；步骤2、令n＝1；步骤3、在第m个优化再生周期的第n个传输周期的开始时刻，对信道状态进行估计，得到信道估计状态并记录；步骤4、在固定长度的传输周期Ttr中，根据信道估计状态由第m个优化再生周期的策略Lm选择编码层进行传输；步骤5、在第m个优化再生周期的第n次传输完成时刻，所述接收端将接收信息反馈给所述发送端，使得所述发送端得到在第m个优化再生周期的第n次传输中的信道增益状态并记录；步骤6、判断是否成立，若成立，则令Tm＝n，并执行步骤7，否则，将n+1赋值给n，并返回步骤3执行；步骤7、利用式(1)得到前m个优化再生周期中信道估计状态为b∈B时信道增益为h∈H的概率分布估计式(1)中，表示第m个优化再生周期中观测状态为b∈B时信道增益为h∈H的概率分布估计，并有：式(2)中，I(·)表示示性函数，当(·)成立时，I(·)＝1，否则I(·)＝0；步骤8、利用式(3)和式(4)分别获得第m个优化再生周期中的能耗值和量化的视频质量值式(3)和式(4)中，rh表示信道增益为h、信道带宽为W、发射功率为Ptr时的传输速率，且rh＝W×log2(1+ξ×Ptr×h)；ξ表示与发射调制编码相关的常数；g表示定义在视频编码数据率集合U上的视频质量函数；|rh|U表示在传输速率rh下，能完整传输的最高编码层数据率，即|rh|U＝max{un∈U|un≤rh}；步骤9、利用式(5)计算第m个优化再生周期中的拉格朗日函数步骤10、利用式(6)和式(7)分别计算第m个优化再生周期的策略Lm下的平均性能测度和平均能耗测度式(6)和式(7)中，表示在第m个优化再生周期的策略Lm下信道估计状态为时采取的控制行动；步骤11、对所有的b∈B，当式(8)成立时，令且对于所有的令步骤12、若存在b∈B，使得fm(b,L(b))＜fm(b,Lm(b))成立，则令Lm+1＝L，否则令Lm+1＝Lm；步骤13、利用式(9)更新第m+1个优化再生周期中的拉格朗日因子αm+1：式(9)中，V表示QoS要求的平均视频质量值，γm表示第m个优化再生周期中的步长，且γm＞0,表示到区间(0,a2]上的投影；a2表示远大于零的常数；步骤14、将赋值m+1给m，并返回步骤2顺序执行。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提出基于带随机误差的信道状态估计，进行流媒体可伸缩编码层的选择传输控制，以流量的自适应调节实现了传输能效的优化，在保证了实时流媒体视频质量QoS的同时有效提高了传输能效。无需链路层的动态功率控制的辅助，不依赖精确信道状态信息，对异构混杂无线网络环境中的实时流媒体传输具有普适性。2、本专利技术通过构建部分可观Markov决策过程模型，对基于带有随机误差的信道状态估计进行视频编码层选择传输控制的系统动态进行精确的描述，提供了有效的性能分析和策略优化的理论框架，确保了优化控制的最优效果。3、本专利技术采用在线策略迭代算法进行编码层传输控制策略的自适应优化。通过充分利用系统的动态特性，使得策略优化不依赖信道状态变化的随机参数信息，不涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法，其特征是：所述实时流媒体是由N个编码层组成的视频流，所述N个编码层包括：1个基本层和N‑1个增强层；记由前n个编码层组成的视频流的数据率为u

【技术特征摘要】
1.一种高能效的可伸缩视频编码实时流媒体的无线传输方法，其特征是：所述实时流媒体是由N个编码层组成的视频流，所述N个编码层包括：1个基本层和N-1个增强层；记由前n个编码层组成的视频流的数据率为un，数据率集合为U＝{un,n＝1,...,N}；H为离散化的信道增益集合；B表示信道估计状态集合，且B＝H；控制行动表示选择前n个编码层数据进行传输，且控制行动集合定义策略为其中表示当信道估计状态为b时采取控制行动的概率；记确定型策略集合为以L(b)＝du等价表示所述无线传输方法是由发送端和接收端通过增益波动的无线信道按如下步骤进行：步骤1、初始化：定义优化再生周期的序号为m；各优化再生周期中的传输周期的序号为n；在第m个优化再生周期中的第n次传输标记为令m＝1；从状态估计集合B中任选一个估计状态作为b*；任选一个策略Lm∈∏作为初始策略；令拉格朗日因子αm＝a1，a1为大于零的实数；步骤2、令n＝1；步骤3、在第m个优化再生周期的第n个传输周期的开始时刻，对信道状态进行估计，得到信道估计状态并记录；步骤4、在固定长度的传输周期Ttr中，根据信道估计状态由第m个优化再生周期的策略Lm选择编码层进行传输；步骤5、在第m个优化再生周期的第n次传输完成时刻，所述接收端将接收信息反馈给所述发送端，使得所述发送端得到在第m个优化再生周期的第n次传输中的信道增益状态并记录；步骤6、判断是否成立，若成立，则令Tm＝n，并执行步骤7，否则，将n+1赋值给n，并返回步骤3执行；步骤7、利用式(1)得到前m个优化再生周期中信道估计状态为b∈B时信道增益为h∈H的概率分布估计式(1)中，表示第m个优化再生周期中观测状态为b∈B时信道增益为h∈H的概率分布估计，并有：式(2)中，I(·)表示示性函数，当(·)成立时，I(·)＝1，否则I(·)＝0；步骤8、利用式(3)和式(4)分别获得第m个优化再生周期中...

【专利技术属性】
技术研发人员：江琦，唐昊，奚宏生，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34