CN104219528A - 一种支持可分级视频编码的mimo系统的视频传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法

技术领域

本发明属于视频传输技术领域，涉及一种支持可分级视频编码的MIMO系统的视频传输方法。

背景技术

可分级视频编码(scalable video coding，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，Multiple Input Multiple Output)，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。

发明内容

本发明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。

本发明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

${\mathrm{\γ}}_i=\frac{1}{{\left[{\left(H^{H}H\right)}^{-1}\right]}_{i,i}{N}_0}$

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r_l。令b_l,i和P_l,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：

${\mathrm{BER}}_l=\mathrm{\αexp}(-\frac{\mathrm{\β}{\mathrm{\γ}}_i{P}_{l,i}}{2^{b_{l,i}}-1})$

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：

$P_{l,i}=\frac{(2^{b_{l,i}}-1)\ln (\mathrm{\α}/{\mathrm{BER}}_l)}{\mathrm{\β}{\mathrm{\γ}}_i}$

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：

$\begin{array}{cc}\underset{\stackrel{\‾}{L},{\mathrm{\ρ}}_{l,n},b_{l,n}}{\min }& \underset{l=1}{\overset{\stackrel{\‾}{L}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}{P}_{l,n}\end{array}$

st.    (f,s,q)＝(f₀,s₀,q₀)

$\begin{array}{cc}\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}\frac{r_l}{b_{l,n}/T}\≤{\mathrm{\τ}}_0& \∀n\end{array}$

$\begin{array}{cc}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}\≤1& \∀l\end{array}$

b_l,n＝{0,2,4,…b_max}

ρ_l,n＝{0,1}

其中，ρ_l,n表示第l层视频流的分配因子(ρ_l,n＝0或1)，一个视频层只能分配给一根天线，若ρ_l,n＝1，表示将第l层视频分配给第n根发射天线，若ρ_l,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、P_l，n在天线n上的第视频层的功率、b_maxb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。

本发明的有益效果是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发送多个视频层时，各视频层的比特分配流程；

图3为基本层PSNR随BER0变化的关系图；

图4为增强层1的PSNR随BER1变化的图；

图5为增强层2的PSNR随BER2变化的图；

图6为增强层3的PSNR随BER3变化的图；

图7为不同天线分配调制方式下系统总功率随峰值信噪比变化示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供了一种基于MIMO系统的视频传输方法，该方法能在保证用户视频质量和传输时延的条件下，最小化系统功耗。

本发明系统模型：系统传输框图如图1所示，发射端信源编码采用H.264/AVC中的可分级编码技术。该技术可提供时间、空间和质量上的可分级性。我们用(f,s,q)分别表示帧率，空间分辨率和峰值信噪比。n_f，n_s和n_q分别表示时间层数，空间层数和质量层数，则编码后的信源可分成L＝n_fn_sn_q层。接收端可通过抽取不同的视频层获得不同分辨率，不同帧率以及不同质量的视频。由于发送越多的码流层数意味着消耗越多的功率，因此图1中的码流选择模块用于决定能满足用户视频质量要求，且能构成有效视频流的最小视频层数。然后，发送端根据接收端反馈回来的信道状态信息，对来自不同视频层的比特采用不同的编码调制方式和发送功率。最后，将各层码流映射到不同天线上发射。在接收端，MIMO接收机采用迫零(ZF)的方法将来自不同发送天线的码流信号分隔，经解调及可分级视频解码，恢复出符合用户要求的视频。

本发明按照以下步骤进行：

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。

在发送数据信息之前，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

${\mathrm{\γ}}_i=\frac{1}{{\left[{\left(H^{H}H\right)}^{-1}\right]}_{i,i}{N}_0}---\left(1\right)$

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r_l。令b_l,i和P_l,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(TCM-QAM)，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：

${\mathrm{BER}}_l=\mathrm{\αexp}(-\frac{\mathrm{\β}{\mathrm{\γ}}_i{P}_{l,i}}{2^{b_{l,i}}-1})---\left(2\right)$

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：

$P_{l,i}=\frac{(2^{b_{l,i}}-1)\ln (\mathrm{\α}/{\mathrm{BER}}_l)}{\mathrm{\β}{\mathrm{\γ}}_i}---\left(3\right)$ 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)。

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。

可分级编码的层数和信道传输所导致的误码都会影响接收端的视频质量，而视频信息在信道传输中的误码率又和发送功率，编码调制方式，以及所选择的发送天线相关。为了在满足用户视频要求的条件下降低系统功耗，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。由于视频流对时延往往有比较严格的要求，因此，在进行系统的优化设计时还需要考虑视频对时延的约束条件。

上述系统优化问题可以用数学公式表述为：

$\begin{array}{cc}\underset{\stackrel{\‾}{L},{\mathrm{\ρ}}_{l,n},b_{l,n}}{\min }& \underset{l=1}{\overset{\stackrel{\‾}{L}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}{P}_{l,n}\end{array}$

st.    (f,s,q)＝(f₀,s₀,q₀)

$\begin{array}{cc}\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}\frac{r_l}{b_{l,n}/T}\≤{\mathrm{\τ}}_0& \∀n\\ \underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}\≤1& \∀l\end{array}---\left(4\right)$

b_l,n＝{0,2,4,…b_max}

ρ_l,n＝{0,1}

其中，ρ_l,n表示第l层视频流的分配因子(ρ_l,n＝0或1)，一个视频层只能分配给一根天线，若ρ_l,n＝1，表示将第l层视频分配给第n根发射天线，若ρ_l,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。公式中，提取的视频层数、P_l，n在天线n上的第视频层的功率、b_maxb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。

求解此优化问题的步骤：列举出所有可能的有效比特流，用JSVM里的指令，这些指令固定的使用方法：

①编码：H264AVCEncoderLibTestStatic.exe-pf main.cfg(此处为编码后的配置文件所在路径)

②解码H264AVCDecoderLibTestStatic.exe\str\a.264\rec\aa.yuv(解码后的yuv所在路径)

③提取BitStreamExtractorStatic\str\a.264(编码后各层比特流分辨率、帧率和比特率)

BitStreamExtractorStatic\str\a.264\substr\b.264 sl x(x取值范围为0～13)

从中找出满足(f₀,s₀,q₀)要求的包含最小层数的比特流。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e_l。

④进行解码。采用H264AVCDecoderLibTestStatic.exe null.264null.yuv

⑤计算峰值信噪比。PSNRStatic.exe 176 144 QCIF_7.5.yuvnull.yuv 0 0null.264 7.5 2>>PSNR.txt

发送端的解码器丢弃包含出错比特的NAL单元(NAL:NetworkAbstraction Layer网络提取层)单元，因此，当接收比特流出现错误时，平均峰值信噪比:

$\stackrel{\‾}{\mathrm{PSNR}}({\mathrm{ber}}_0,{\mathrm{ber}}_1,...,{\mathrm{ber}}_{\stackrel{\‾}{L}})=\underset{i_{\stackrel{\‾}{L}}=0}{\overset{B_{\stackrel{\‾}{L}}}{\mathrm{\Σ}}}...\underset{i_0=0}{\overset{B_0}{\mathrm{\Σ}}}\left(\stackrel{\‾}{\mathrm{PSNR}}\right|b_0=i_0,...,b_{\stackrel{\‾}{L}}=i_{\stackrel{\‾}{L}})\mathrm{Pr}(b_0=i_0)...\mathrm{Pr}(b_{\stackrel{\‾}{L}}=i_{\stackrel{\‾}{L}})$

其中，平均峰值信噪比、提取出来的视频层数，本次仿真时取值为4、第层的对应调制方式下每个符号周期的编码比特数、b₀基本层每个符号周期传送的比特数、i₀基本层出错的比特数、B₀在允许的峰值信噪比条件下基本层能出错的最大比特数。 $\mathrm{Pr}(b_i=i_i)=C_{B_i}^{i_i}{(1-{\mathrm{ber}}_i)}^{B_i-i_i}{\mathrm{ber}}_i^{i_i},$ b_i表示在一个GOP内第i个视频层的错误比特数，B_i表示在一个GOP即group of picture，图像组内第i个视频层的总比特数。我们首先为设定较小的初始值，在固定的条件下，得到ber₀和的关系，找到使的最大BER值e₀。然后在ber₀＝e₀的条件下，得到ber₁和的关系，找到使的最大BER值e₁。依次类推，直到得到所有视频层对应的e_l。

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)，如果该天线上包含L_n＞1(L_n表示第n个天线上包含的视频流个数)个视频流，则先令该天线上所有视频流的b_l,n等于最大比特数b_max，然后依次减小b_l,n的值,获得L_n组可能的比特分配方式，计算每一种方式对应的发送延时 ${\mathrm{\τ}}_n=\underset{l^{\′}}{\mathrm{\Σ}}\frac{r_{l^{\′}}}{b_{l^{\′},n}/T}$ 和发送功率 $P_n=\underset{l^{\′}}{\mathrm{\Σ}}(2^{b_{l^{\′},n}}-1)\ln (\mathrm{\α}/e_{l^{\′}})/\mathrm{\β}{\mathrm{\γ}}_n,$ l′的取值从1到4变化，跟l的含义一样，表示第几个视频层，只是l是变化的。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b_l,n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。L_n＞1时，各层视频流的比特和功率分配的流程图如图2所示。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。

下面列举具体实施例对本发明进行说明：

实施例1：场景的仿真环境：设无线信道为准静态信道，即在一个GOP的时间间隔内，信道保持不变，在不同的GOP内，信道独立变化。采用SVC中的MGS将原始视频序列：

FOREMAN_352x288_30.yuv和FOREMAN_176x144_15.yuv编码为2个空间层和3个质量层。GOP设为8。在MIMO系统中，我们采用M_n-QAM的调制方式，可取值为4,16,64,256。我们采用4X4的MIMO信道模型。不同质量层的NAL单元被封装成UDP数据包，接收端对每个UDP数据包进行CRC校验以保证进入视频解码器比特流的无差错传输。编码后各层比特流分辨率、帧率和比特率的情况如下表1：

表1编码后各视频层比特流的分辨率、帧率和比特率

由于层与层之间有参考预测关系，所以不是单独提出某一层就能正确解码，根据JSVM中的比特流提取指令，所有可能的有效子流在信道无误的情况下经解码后算出的PSNR值如下表2所示，其中T表示时间层，Q表示质量层。(计算PSNR时，我们通过下采样的方法得到分辨率和帧率与提取后的有效流相同的等效原始序列)。表3为所有可解码的有效子流相对原始视频序列的PSNR。

表2有效流及对应峰值信噪比

表3所有可解码的有效子流相对原始视频序列的PSNR

1、选择sl＝4时对应的有效子流，此时包含的层为(0,0,0)(0,1,0)(0,0,1)(0,1,1)，构成PSNR为37.7304，QCIF/7.5的子流。

2、条件下，得到ber₀和的关系，找到使的最大BER值e₀。如图3所示为基本层PSNR随BER0变化的关系图(e0是根据峰值信噪比的要求在该曲线上找到对应的那个误码率值)。

然后在ber₀＝e₀的条件下，得到ber₁和的关系，找到使的最大BER值e₁。图4为增强层1的PSNR随BER1变化的图(ber1是泛指增强层1的误码率，e1是根据峰值信噪比的要求在该曲线上找到对应的那个误码率值)。

在(ber₀,ber₁,ber₃,ber₄)＝(1.165*10^-6,5*10^-6,10^-6,10^-6)的条件下，得到ber₂和的关系，找到使的最大BER值e₂。图5为增强层2的PSNR随BER2变化的图(e2是根据峰值信噪比大小的要求在该曲线上找到对应的那个误码率值)。

在(ber₀,ber₁,ber₂,ber₃)＝(1.165*10^-6,5*10^-6,9*10^-6,10^-6)的条件下，得到ber₃和的关系，找到使的最大BER值e₃。图6为增强层3的PSNR随BER3变化的图。ber3是泛指增强层3误码率，e3是根据峰值信噪比大小的要求在该曲线上找到对应的那个误码率值，根据此曲线得到，为1.201*10^-3。

3、参数使用：①本专利提出的优化天线分配优化调制方案，②固定天线分配：第一层在第一根，第二层在第一根，第三层在第二根，第四层在第三根，优化调制③固定天线分配(同②)，固定调制：b＝4。图7为不同天线分配调制方式下系统总功率随峰值信噪比变化示意图。三条曲线从下往上分别代表：本专利所提方案(即天线分配和视频流调制方式均优化)、天线分配方式固定但视频流调制方式优化、天线分配和是视频流调制方式均固定这三种方案下系统总功率随峰值信噪比的变化。由图7可以得出，在满足用户对接收到的视频质量及系统的延时要求下，当峰值信噪比相同时，本专利提出的方案系统消耗的总功率是最小的，故本专利所提方案优于其他方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内、所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

索引目录：

[1]Y.P.Fallah and H.Mansour,“A Link Adaptation Scheme for Efficient Transmission ofH.264 Scalable Video Over Multirate WLANs,”IEEE Transactions on Circuits and Systemsfor Video Technology,Vol.18,NO.7,pp.875-887,Jul.2008.

[2]P.Li and H.Zhang,”Scalable Video Multicast With Adaptive Modulation And Coding inBroadband Wireless Data Systems”IEEE Transactions on Network,(This article has beenaccepted for inclusion in a future issue of this journal.Content is final as presented,with theexception of pagination)

[3]D.Song and C.Wen Chen”Scalable H.264/AVC Video Transmission Over MIMO WirelessSystems With Adaptive Channel Selection Based on Partial Channel Information,”IEEETransactions on Circuits and Systems fo r Video Technology,Vol.17,NO.9,pp.1218-1226,Sept.2007.

[4]W.Hamidouche,C.Perrine,Y.Pousset and C.Olivier“Optimal Solution for SVC-BasedVideo Transmission over A Realistic MIMO Channel Using Precoder Designs,”IEEETransactions on Networking Vol.10,NO.7,pp.1-12,2011..

[5]D.R.Ansari and Y.Yao,“Content-Based Rate-Adaptive Transfer of SVCEncoded Video over MIMO Communication Systems,”ICASSP 2010,978-1-4244-6557-6/10/$26.002010 IEEE

[6]J.Xu,,R.Hormis and X.Wang,”MIMO Video Broadcast via Transmit-Precoding andSNR-Scalable Video Coding,”IEEE Journal on Selected Areas in Communication,VOL.28,NO.3,Apr 2010,pp.456-466.

Claims (3)

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；

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

${\mathrm{\γ}}_i=\frac{1}{{\left[{\left(H^{H}H\right)}^{-1}\right]}_{i,i}{N}_0}$

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r_l，令b_l,i和P_l,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：

${\mathrm{BER}}_l=\mathrm{\αexp}(-\frac{\mathrm{\β}{\mathrm{\γ}}_i{P}_{l,i}}{2^{b_{l,i}}-1})$

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：

$P_{l,i}=\frac{(2^{b_{l,i}}-1)\ln (\mathrm{\α}/{\mathrm{BER}}_l)}{\mathrm{\β}{\mathrm{\γ}}_i}$

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。

3.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：

$\begin{array}{cc}\underset{\stackrel{\‾}{L},{\mathrm{\ρ}}_{l,n},b_{l,n}}{\min }& \underset{l=1}{\overset{\stackrel{\‾}{L}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}{P}_{l,n}\end{array}$

st.    (f,s,q)＝(f₀,s₀,q₀)

$\begin{array}{cc}\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}\frac{r_l}{b_{l,n}/T}\≤{\mathrm{\τ}}_0& \∀n\end{array}$

$\begin{array}{cc}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{l,n}\≤1& \∀l\end{array}$

b_l,n＝{0,2,4,…b_max}

ρ_l,n＝{0,1}

其中，ρ_l,n表示第l层视频流的分配因子(ρ_l,n＝0或1)，一个视频层只能分配给一根天线，若ρ_l,n＝1，表示将第l层视频分配给第n根发射天线，若ρ_l,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、P_l，n在天线n上的第视频层的功率、b_maxb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。