基于网络编码的D2D视频传输优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络编码的D2D视频传输优化方法，该方法包括如下步骤：信源设备选择需要发送的视频流并进行网络编码操作；信源设备以广播的方式将编码后的数据发送到目的设备；目的设备接收部分或全部的编码数据包后进行再编码操作，并以广播的形式将再编码数据包发送给周围的目的设备；移动设备接收到预先设定量的线性无关的来自信源设备的编码数据包或来自目的设备的再编码数据包后便可解码得到原始视频。本发明专利技术中信源设备不进行冗余编码操作，减轻了信源设备的计算开销；通过利用再编码数据包来恢复原始数据，提高了整体的成功解码率。本发明专利技术在保证视频传输质量的同时，具有高传输可靠性、低传输时延、低计算开销的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于网络编码的D2D视频传输优化方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于网络编码的D2D视频传输优化方法。
技术介绍
伴随着多媒体业务的兴起以及智能终端设备的普及，移动数据流量将迎来爆发性增长，仅视频服务在2010-2020年占总流量的年增长率达到79％。通过无线网络随时随地接入网络进行视频会议、视频电话、在线视频直播等多媒体应用正逐渐成为目前网络的主流应用，迫切需要更加高速、更加高效、更加智能化的无线移动通信技术来满足人们在移动设备上进行视频观看的需求。第5代移动通信技术(the5thgenerationwirelesssystems)是为了满足智能终端的快速普及和移动互联网的高速发展而正在研发的新一代移动通信技术，D2D(device-to-device)通信技术作为5G关键技术之一，为视频传输提供了新的应用场景。但是，D2D通信一个公认的问题就是干扰问题，终端设备会受到来自基站或其他设备的同频干扰，从而影响传输的效率。网络编码技术能够通过设备编码带来性能的增益，其在提高传输可靠性、增大网络吞吐量、减少节点能耗等方面均表现出卓越的性能。因此，在D2D网络中结合网络编码进行视频传输已成为近年来的热门研究。在视频传输过程中，容易出现视频帧的丢失、颠倒和重复问题。这些问题使得接收端在进行视频解码时会出现异常，从而导致视频播放时出现模糊、花屏、绿屏等问题，当进行视频多播、广播传输时这些问题表现的更为明显。传统的重传机制可以提高传输的可靠性，但由于视频的体积一般都很大，重传机制会增加传输开销，增大传输延迟。因此，在面向存在干扰的通信环境时，如何优化D2D中的视频传输方案，提高传输效率，向用户提供更好的观看体验成为一个急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决如何应用网络编码技术优化D2D通信环境中视频流传输的问题，特别是在面向有干扰的环境实现多用户视频传输的过程中，能够在保证视频传输质量的同时，减少传输延迟。本专利技术提出了一种新的再编码策略，以减轻信源设备的计算开销，提高视频传输的整体性能。为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于网络编码的D2D视频传输优化方法，按照如下步骤进行：步骤1)信源设备对需要发送的视频流进行分片操作，然后执行网络编码操作后进行传输；步骤2)目的设备接收部分或全部来自信源设备的视频数据包；步骤3)目的设备对接收到的视频数据包进行再编码操作；步骤4)目的设备以广播的形式将再编码后的数据包发送给周围的移动设备；步骤5)当移动设备接收到预先设定量的线性无关的来自信源设备的编码数据包或来自目的设备的再编码数据包后便可解码得到原始视频。进一步地，步骤1)中信源设备对需要发送的视频流进行分片操作，然后执行网络编码操作后进行传输，包含以下子步骤：步骤101)：信源设备选择发送格式为H264的视频流，将视频流分割为若干视频帧，每次选择一帧进行操作；步骤102)：信源设备将长度为L的视频帧分成大小相同的k片；步骤103)：信源设备从有限域GF中随机获取n×k个元素作为系数矩阵(n≥k)；步骤104)：信源设备将系数矩阵与步骤102)得到的数据分片相乘，生成n个相同大小的编码数据片；步骤105)：信源设备将编码后的数据片与系数矩阵中对应的向量混合，生成新的数据包；步骤106)：信源设备创建一个组播地址；步骤107)：信源设备将步骤105)获得的数据包发送到该组播地址。在步骤1)中在信源设备进行分片操作时，每个分片长度固定为L/k，不能整除时在最后一片的末尾补零；由于在信源设备不进行冗余编码操作，因此取n＝k。进一步地，步骤2)目的设备接收部分或全部来自信源设备的视频数据包，包括以下子步骤：步骤201)：目的设备加入步骤106)中的组播地址，并开始接收数据；步骤202)：目的设备将接收到的编码数据包存储在缓存中；步骤203)：目的设备从数据包中取出帧信息；步骤204)：目的设备判断接收的数据包与前一个是否属于同一帧：如果是属于同一视频帧，则累计接收到的属于同一视频帧的数据包个数；如果不属于同一视频帧，则将计数重置为1；步骤205)：目的设备如果接收k个属于同一视频帧的数据包，转步骤3)；否则转步骤201)。在步骤2)中分析目的设备收到多少数据包后进行再编码操作对成功解码效率的影响，设置目的设备在接收k个后进行再编码操作以获得最好的传输效率。进一步地，步骤3)目的设备对接收到的视频数据包进行再编码操作，包括以下子步骤：步骤301)：目的设备从接收到的h个数据包中取出编码数据；步骤302)：目的设备从有限域GF中随机获取t×h个元素作为新的系数矩阵R；步骤303)：目的设备将步骤302)中的得到的新的系数矩阵R和接收到的数据片中的系数矩阵以及编码数据分别进行相乘，其形式如下：其中，R(bj1,bj2,…,bjh)(1≦j≦t)是新的系数矩阵，(ai+1,ai+2,…ai+h)是接收到的h个数据片中的编码系数，(Yi+1,Yi+2,…Yi+h)是编码数据，(X1,…,Xt)为相乘后得到的再编码系数，(Z1,…,Zt)是相乘后得到的再编码数据；步骤304)：目的设备生成t个再编码数据片；在步骤3)中h(h≤k)是收到的数据片数量，t则是将这h个数据片经过再编码后想要产生的数据片数量。为了提高视频传输的可靠性，有h≤t。进一步地，步骤4)目的设备以广播的形式将再编码后的数据包发送给周围的移动设备，包括以下子步骤：步骤401)：目的设备创建一个组播地址；步骤402)：目的设备将再编码后的视频数据发送到该组播地址；进一步地，步骤5)当移动设备接收到预先设定量的线性无关的来自信源设备的数据包或来自目的设备的再编码数据包后便可解码得到原始视频，包括以下子步骤：步骤501)：移动设备加入步骤401)中的组播地址，并开始接收数据；步骤502)：移动设备将接收到的编码数据包和再编码数据包存储在缓存中；步骤503)：移动设备将数据包中的系数矩阵和编码数据片分别取出；步骤504)：移动设备对接收到的系数矩阵进行求逆操作，如果可逆则转步骤505)，否则转步骤501)；步骤505)：移动设备通过用步骤504)中得到的逆矩阵左乘编码数据矩阵，还原出原始数据；步骤506)：将解码后的数据重新拼接成原始的数据帧；步骤507)：将拼接后的数据帧解码成视频帧。在步骤5)中移动设备在接收到k个线性无关的数据片后进行解码操作，这k个数据片可以是原始编码数据片，也可以是再编码数据片。本专利技术的有益效果是：1、信源设备不进行冗余编码操作，减轻了信源设备的计算开销；2、目的设备在接收到部分或全部的编码数据片后进行再编码操作，再以广播的形式发送给周围设备，增加了设备中数据的独立性，提升了整体的实时数据处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网络编码的D2D视频传输优化方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1)信源设备对需要发送的视频流进行分片操作，然后执行网络编码操作后进行传输；/n步骤2)目的设备接收部分或全部来自信源设备的视频数据包；/n步骤3)目的设备对接收到的视频数据包进行再编码操作；/n步骤4)目的设备以广播的形式将再编码后的数据包发送给周围的移动设备；/n步骤5)当移动设备接收到预先设定量的线性无关的来自信源设备的编码数据包或来自目的设备的再编码数据包后便可解码得到原始视频。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于网络编码的D2D视频传输优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)信源设备对需要发送的视频流进行分片操作，然后执行网络编码操作后进行传输；
步骤2)目的设备接收部分或全部来自信源设备的视频数据包；
步骤3)目的设备对接收到的视频数据包进行再编码操作；
步骤4)目的设备以广播的形式将再编码后的数据包发送给周围的移动设备；
步骤5)当移动设备接收到预先设定量的线性无关的来自信源设备的编码数据包或来自目的设备的再编码数据包后便可解码得到原始视频。


2.根据权利要求1所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述的步骤1)包含以下步骤：
步骤101)：信源设备选择发送格式为H264的视频流，将视频流分割为若干视频帧，每次选择一帧进行操作；
步骤102)：信源设备将长度为L的视频帧分成大小相同的k片；
步骤103)：信源设备从有限域GF中随机获取n×k个元素作为系数矩阵，n≥k；
步骤104)：信源设备将系数矩阵与步骤102)的得到的数据分片相乘，生成n个相同大小的编码数据片；
步骤105)：信源设备将编码后的数据片与系数矩阵中对应的系数向量混合，生成新的数据包；
步骤106)：信源设备创建一个组播地址；
步骤107)：信源设备将步骤105)获得的数据包发送到该组播地址。


3.根据权利要求2所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述的步骤1)中，在信源设备进行分片操作时，每个分片长度固定为L/k，不能整除时在最后一片的末尾补零；在信源设备不进行冗余编码操作，因此在进行编码操作时取n＝k。


4.根据权利要求1所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述的步骤2)包括以下步骤：
步骤201)：目的设备加入步骤106)中的组播地址，并开始接收数据；
步骤202)：目的设备将接收到的编码数据包存储在缓存中；
步骤203)：目的设备从数据包中取出帧信息；
步骤204)：目的设备判断接收的数据包与前一个数据包是否属于同一帧：如果属于同一视频帧，则累计接收到的属于同一视频帧的数据包个数；如果不属于同一视频帧，则将计数重置为1；
步骤205)：目的设备如果接收k个属于同一视频帧的数据包，转步骤3)；否则转步骤201)。


5.根据权利要求4所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述的步骤2)中分析目的设备收到多少数据包后进行再编码操作对成功解码效率的影...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘博，王磊，齐世强，赵丹，祁思扬，潘煦，唐星，
申请(专利权)人：嘉兴国电通新能源科技有限公司，北京国电通网络技术有限公司，国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33