一种MIMO-OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种MIMO-OFDM系统下跨层优化视频传输方法及系统，该方法采用对终端QoE预测为优化目标的策略，所述的方法包含如下步骤：步骤101）用于根据视频内容类型、帧率、视频发送比特率和丢包率构造获得用户期望平均意见值的用户体验质量预测模型的步骤；步骤102）用于获得所述用户体验质量预测模型中各参数具体取值并获取视频包传输时延最大值的步骤；步骤103）用于采用遍历算法获取最大传输时延条件下用户期望平均意见分的最大值所对应的参数值作为最优参数值，所述的最优参数值包含视频编码参数值和调制编码方式参数值，最后分别对应用层的视频编码参数和物理层的调制编码方式对视频进行编码和传输。

【技术实现步骤摘要】
一种MIMO-OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法及系统
本专利技术涉及无线视频传输优化，具体地说，本专利技术涉及一种MIMO-OFDM系统下基于QoE的对视频传输进行跨层优化的实现方法及系统。
技术介绍
随着通信技术的迅速发展，无线通信系统在网络容量和可靠性上有了长足的进步。多输入多输出（MIMO）技术和正交频分复用（OFDM）技术的结合使得无线通信系统更有效的支持高速率数据传输和对符号间干扰的抑制（ISI）。在MIMO-OFDM技术的支持下，无线多媒体服务应用范围越来越广，众多的终端用户对所接收到的多媒体质量要求也越来越高。如何在MIMO-OFDM系统下使终端用户获得满意的多媒体服务质量逐渐成为了研究热点。传统的方法是对已有的算法和协议进行改进，使得视频编码和传输可以更好适应时变易错的无线网络，同时在无线通信系统中进行多媒体的高速高质量传输也取得了很多进展。例如自适应帧间模式选择、联合信源信道速率控制、可伸缩视频编码（SVC）。这些方法在一定程度上取得了高效的、高质量的多媒体传输，但这些方法都是以某些客观的网络参数或视频质量为目标进行优化的，而没有考虑到终端用户的体验质量。为了更好的衡量终端用户体验，ITU-TSG12提出了用户体验质量（QoE）的概念。QoE被定义为终端用户对接收到的应用或服务的主观整体可接受性。它是从终端用户的角度进行端到端性能的主观测量方法。QoE是以平均意见分（MOS）的方式进行量化的，包括五个分值：5（优秀）、4（好）、3（一般）、2（不好）、1（差）。然而，主观评估方法需要人为去评分，这样既复杂又耗时。本专利技术提出了一种针对实时视频传输系统的客观QoE预测模型，该方法同时考虑应用层和网络层参数，并在实际应用中取得了很好的效果。基于上述QoE预测模型，在MIMO-OFDM系统中我们提出了一种全新的跨层优化视频传输方法。系统中采用了无参考QoE预测模型，该模型综合考虑视频内容类型（CT）、帧率（FR）、视频发送比特速率（SBR）和丢包率（PER）计算出MOS期望值。应用层的视频编码参数和物理层的MCS类型被联合优化以使终端用户的MOS最大化。当视频包丢失或者传输时延大于最大时延限制时，解码端是不能够进行正确解码的。综上所述，本文提出的方法可以转化为最大时延限制下的寻找最优参数组合的问题，这个问题可以由改进的遍历算法进行求解。通过算法复杂度分析，本文所提出的方法是合理的。本专利技术用到的英文缩写与全称对照对照如下：MIMO：multiple-inputmultiple-output，多输入多输出OFDM：orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用QoE：qualityofexperience，用户体验质量CT：videocontenttype，视频内容类型FR：framerate，帧率SBR：framerate，视频发送比特速率PER：packeterrorrate，丢包率MOS：meanopinionscore，平均意见分QP：quantizationparameter，视频编码量化参数MMIB：meanmutualinformationpercodedbit，平均比特互信息MCS：modulationandcodingscheme，调制编码方法SNR：signaltonoiseratio，信噪比MIB：mutualinformationpercodedbit，比特互信息RB：resourceblock，资源块BLER：blockerrorrate，误块率ISI：resistancetointer-symbolinterference，对符号间干扰的抑制SVC：scalablevideocoding，可伸缩视频编码AMC：adaptivemodulationandcoding，自适应调制编码
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为了使终端用户获得满意的视频服务，通过优化视频编码的参数、传输方式，有效的适应多变易错的无线信道。为实现上述目的，本专利技术提供了一种MIMO-OFDM系统下跨层优化视频传输方法，该方法采用对终端QoE预测为优化目标的策略，所述的方法包含如下步骤：步骤101）用于根据视频内容类型、帧率、视频发送比特率和丢包率构造获得用户期望平均意见值的用户体验质量预测模型的步骤；步骤102）用于获得所述用户体验质量预测模型中各参数具体取值并获取视频包传输时延最大值的步骤；步骤103）用于采用遍历算法获取最大传输时延条件下用户期望平均意见分的最大值所对应的参数值作为最优参数值，所述的最优参数值包含视频编码参数值和调制编码方式参数值，最后分别对应用层的视频编码参数和物理层的调制编码方式对视频进行编码和传输；其中，所述视频内容类型根据视频特征进行划分，所述帧率根据终端用户以及解码器需求反馈确定，所述视频发送比特率是对视频序列编码后进行传输时，以视频包为单位计算所获得的速率，所述丢包率是视频包在无线链路进行传输时所发生的无线衰落丢包。可选的，所述用户体验质量预测模型为：其中，α、β、γ、μ和δ均为度量系数，所述度量系数依据划分的视频内容类型采用统计学方法获得；FR为帧率；PER为丢包率；MOS为用户期望平均意见分。上述技术方案中，所述步骤102）进一步包含：步骤102-1）依据视频内容所述的类型采用统计学方法获取不同视频内容类型所对应的各度量系数的具体取值；所述视频内容分类依据的统计学方法由以下策略获得：首先，从视频序列中提取空域和时域特征，然后根据视频特征用簇分析的方法把视频序列归类到具有相似特性的视频组中，所述的视频组具体包含以下三类：缓慢移动型、普通移动型和快速移动型；步骤102-2）获取视频发送比特率SBR的值，具体计算公式为：其中，m为任意帧的序号，M为视频序列中帧的总数，n是帧m中包含的任意片的序号，Nm表示每帧中包含的总片数，Lm,n(QPm,n)表示编码后的视频包长度，QPm，n表示第m帧第n片所采用的量化参数，FR当前视频序列的帧率；步骤102-3）使用平均比特互信息方法估计丢包率PER并依据传输时间间隔获得传输时延。上述技术方案中，所述丢包率PER采用下述方法获取：首先，将物理层中每个子载波的信噪比映射成每个子载波的比特互信息；然后，由每个子载波的比特互信息求得资源块的平均比特互信息和每个码块的误块率BLER；最后，依据如下公式获得丢包率PER：其中，BLERk表示误块率，k表示第m帧第n片中码块的序号，K表示第m帧第n片中包含的码块的总数。上述技术方案中，步骤103）所述的遍历算法采用两分法遍历算法，该两分法遍历算法为：首先，将Vm，n划分为两个子集合V1和V2，两个集合中QP值分别是偶数和奇数；然后，对V1进行搜索，当我们在V1集合中搜索到最优的参数组合时，将对当前最优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MIMO?OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法，该方法采用对终端QoE预测为优化目标的策略，所述的方法包含如下步骤：步骤101）用于根据视频内容类型、帧率、视频发送比特率和丢包率构造获得用户期望平均意见值的用户体验质量预测模型的步骤；步骤102）用于获得所述用户体验质量预测模型中各参数具体取值并获取视频包传输时延最大值的步骤；步骤103）用于采用遍历算法获取最大传输时延条件下用户期望平均意见分的最大值所对应的参数值作为最优参数值，所述的最优参数值包含视频编码参数值和调制编码方式参数值，最后分别对应用层的视频编码参数和物理层的调制编码方式对视频进行编码和传输；其中，所述视频内容类型根据视频特征进行划分，所述帧率根据终端用户以及解码器需求反馈确定，所述视频发送比特率是对视频序列编码后进行传输时，以视频包为单位计算所获得的速率，所述丢包率是视频包在无线链路进行传输时所发生的无线衰落丢包。

【技术特征摘要】
1.一种MIMO-OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法，该方法采用对终端QoE预测为优化目标的策略，所述的方法包含如下步骤：步骤101)用于根据视频内容类型、帧率、视频发送比特率和丢包率构造获得用户期望平均意见值的用户体验质量预测模型的步骤；步骤102)用于获得所述用户体验质量预测模型中各参数具体取值并获取视频包传输时延最大值的步骤；步骤103)用于采用遍历算法获取最大传输时延条件下用户期望平均意见分的最大值所对应的参数值作为最优参数值，所述的最优参数值包含视频编码参数值和调制编码方式参数值，最后分别根据应用层的视频编码参数和物理层的调制编码方式对视频进行编码和传输；其中，所述视频内容类型根据视频特征进行划分，所述帧率根据终端用户以及解码器需求反馈确定，所述视频发送比特率是对视频序列编码后进行传输时，以视频包为单位计算所获得的速率，所述丢包率是视频包在无线链路进行传输时所发生的无线衰落丢包。2.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法，其特征在于，所述用户体验质量预测模型为：其中，α、β、γ、μ和δ均为度量系数，所述度量系数依据划分的视频内容类型采用统计学方法获得；FR为帧率；PER为丢包率；MOS为用户期望平均意见分。3.根据权利要求2所述的MIMO-OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含：步骤102-1)依据视频内容所述的类型采用统计学方法获取不同视频内容类型所对应的各度量系数的具体取值；所述视频内容分类依据的统计学方法由以下策略获得：首先，从视频序列中提取空域和时域特征，然后根据视频特征用簇分析的方法把视频序列归类到具有相似特性的视频组中，所述的视频组具体包含以下三类：缓慢移动型、普通移动型和快速移动型；步骤102-2)获取视频发送比特率SBR的值，具体计算公式为：其中，m为任意帧的序号，M为视频序列中帧的总数，n是帧m中包含的任意片的序号，Nm表示每帧中包含的总片数，Lm,n(QPm,n)表示编码后的视频包长度，QPm,n表示第m帧第n片所采用的量化参数，FR表示当前视频序列的帧率；步骤102-3)使用平均比特互信息方法估计丢包率PER并依据传输时间间隔和包长情况获得传输时延。4.根据权利要求3所述的MIMO-OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法，其特征在于，所述丢包率PER采用下述方法获取：首先，将物理层中每个子载波的信噪比映射成每个子载波的比特互信息；然后，由每个子载波的比特互信息求得资源块的平均比特互信息和每个码块的误块率BLER；最后，依据如下公式获得丢包率PER：其中，BLERk表示误块率，k表示第m帧第n片中码块的序号，K表示第m帧第n片中包含的码块的总数。5.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM系统下基于QoE的跨层优化视频传输方法，其特征在于，步骤103)所述的遍历算法采用两分法遍历算法，该两分法遍历算法为：首先，将Vm,n划分为两个子集合V1和V2，两个集合中QP值分别是偶数和奇数；然后，对V1进行搜索，当我们...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕国丰，胡亚辉，慈松，唐晖，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：