CN101729874A - 一种可分级视频传输处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可分级视频传输处理方法及装置，该方法包括：可分级信源编码得到原始待传输数据包集合；进行权重估计，得到待传输数据包的权重；按权重从大到小的顺序，为待传输数据包进行子载波分配，分配到子载波的待传输数据包组成的第一待传输数据包集合中，权重大的待传输数据包分配到的子载波的信道质量较好；按权重从大到小的顺序从第一待传输数据包集合中抽取数据包，组成第二待传输数据包集合，并进行能量分配；利用分配的子载波和能量传输时，第二待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设倍数关系；将第二待传输数据包集合进行正交频分复用调制后发送。本发明降低了端到端失真，提高了系统性能。

Description

一种可分级视频传输处理方法及装置

技术领域

本发明涉及视频通信技术领域，特别是一种应用于正交频分复用通信系统的可分级视频传输处理方法及装置。

背景技术

可分级视频(Scalable Video)，是指抽取视频流的特定部分仍然可以独立解码或者得到较低码率，或者得到较低分辨率，或者得到较低视频质量的一种流媒体，其具有广泛的应用前景。例如在日益复杂的网络视频应用环境中，对同一视频内容可能需要同时提供不同的分辨率、帧率或比特率的码流，以满足不同终端的要求。如果采用适当的可分级视频编码方法，只需要对信源进行一次编码(按最高的分辨率或码率)，就可满足需要。较低分辨率或质量的视频可以由分级编码码流进行部分解码得到。比如移动终端，由于其显示分辨率、芯片解码能力和电池功率等都受到限制，只需对传输码流中所需要的部分进行解码即可。而用可分级码流来代替传统的视频码流，还可以大大减少主干网的负担，因此在无线广播网、无线局域网等领域中都能得到良好的应用。

视频的可分级性可以分为时间可分级，空间可分级和质量可分级三种。

在无线通信的物理层传输技术中，OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)已经正成为一种非常流行的选择，其基本思想是将可用的频谱分为许多窄带、低数据率的子载波。为了获得高的频谱效率，子载波的频谱相互重叠和正交。每个子载波可以使用不同的调制方式，比较常用的有BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)、QPSK(QuadraturePhase Shift Keying，四进制相移键控)和QAM(Quadrature AmplitudeModulation，正交幅度调制)等。也就是说，OFDM实际上是将高速的串行数据变成低速并行数据进行传输。OFDM以其较高的频谱效率和抵抗多径干扰的能力成为了解决高速数据传输的主流技术之一，目前已广泛用于数字视频广播(DVB-T，ISDB-T，DTMB)、非对称用户数据线(ADSL)和无线接入网系统(IEEE 802.11，IEEE 802.16)。

现有技术中，视频传输方法按照是否区分内容(重要和次要数据包)，可以分为对等保护和非对等保护两类。非对等保护方法的优化目标通常为端到端失真，主要思想是对重要的内容施以重点保护，对次要的内容施以一般保护。下面为几种现有的非对等保护方法。

DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld，针对手持设备的数字视频广播)标准提供了一种分级传输的方法。它将数据流分成高优先级(HighPriority，HP)和低优先级(Low Priority，LP)两种。进行传输时利用分级调制(Hierarchical Modulation)将HP映射到QAM星座点的高位，将LP映射到QAM星座点的低位(以64QAM为例，高2位传输HP，低4位传输LP)。由于QAM星座点的欧式距不同，且高位比特有更大的欧式距，所以HP相比于LP能够得到更好的保护。

H.Zheng and K.J.Liu，″Robust image and video transmission over spectrallyshaped channels using multicarrier modulation，″IEEE Trans.Multimedia，vol.1，pp.88-103，Jan.1999.提出了一种利用OFDM进行图像或视频鲁棒传输的方法。该方法通过子载波、能量和调制方式的比特率分配来达到非对等保护的目的，具体地讲，它通过将重要的比特流放到信噪比高的子载波上，分配合适的能量和调制方式实现对这些数据的重点保护。该方法将DCT(Discrete CosineTransform，离散余弦变换)后的系数作为传输对象，与实用视频编码标准通常在DCT后进行熵编码相悖，不能直接用于标准视频流(H.264，MPEG-2等)的传输。

无线信道的传输能力呈明显的时变特性，当出现严重的衰落时，接收端的信噪比会明显恶化。但现有视频传输技术只提供了一种简单的数据保护(包括对等和非对等保护)和传输方式，其在信道进行处理，以保护重要性较高的数据，但没有在传输前对信源进行预处理以实现信源和信道匹配。

发明内容

本发明的目的是提供一种可分级视频传输处理方法及装置，结合信源和信道进行可分级视频传输，提高系统性能。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种可分级视频传输处理方法，包括：

步骤11，对待传输的视频数据进行可分级信源编码，得到原始待传输数据包集合；

步骤12，对所述原始待传输数据包集合中的每个待传输数据包进行权重估计，得到每个待传输数据包的权重；

步骤13，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序，利用当前可用子载波为所述待传输数据包集合中的所述待传输数据包进行子载波分配，分配到子载波的待传输数据包组成第一待传输数据包集合，所述第一待传输数据包集合中，权重大的待传输数据包分配到的子载波的信道质量优于权重小的数据包分配到的子载波的信道质量；

步骤14，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序从所述第一待传输数据包集合中抽取数据包，组成第二待传输数据包集合，并利用能量约束条件和信道状态信息对所述第二待传输数据包集合中的第二待传输数据包进行能量分配；利用分配的子载波和能量进行传输时，所述第二待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系；

步骤15，将所述第二待传输数据包集合进行正交频分复用调制后发送。

上述的方法，其中，所述步骤12中，待传输数据包l的权重为所述原始待传输数据包集合中，解码依赖于所述待传输数据包l的所有待传输数据包正确译码后，接收端视频失真的总的减少量。

上述的方法，其中，所述步骤14具体包括：

步骤141，根据当前可用子载波数量，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，从所述第一待传输数据包中抽取当前可用的子载波能够传输的最大数量的待传输数据包，组成第二待传输数据包集合；

步骤142，计算所述第二待传输数据包集合的信源失真，并根据信源失真和信道失真之间的预设倍数关系获取所述第二待传输数据包集合的信道失真；

步骤143，根据第二待传输数据包集合的信道失真和信道失真定律计算第二待传输数据包集合中每个待传输数据包的信道失真和达到所述信道失真对应的符号能量；

步骤144，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，为第二待传输数据包集合中的每个待传输数据包分配所述对应的符号能量；

步骤145，判断能量分配是否满足能量约束，如果是，进入步骤15，否则进入步骤146；

步骤146，降低当前可用子载波数量得到更新后的当前可用子载波数量返回步骤141。

上述的方法，其中，所述更新后的当前可用子载波数量为当前可用子载波数量和实际分配子载波数量之和的一半，所述实际分配子载波数量为当前能量约束条件下，所述第二待传输数据包集合中，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，能够分配到对应的符号能量的最大数目的待传输数据包所需的子载波数量。

上述的方法，其中，所述第二待传输数据包集合的信源失真为

其中D₀为没有待传输数据包被正确解码时的原始失真，所述S为所述第二待传输数据包集合，ΔD_l为数据包l正确译码后，接收端视频失真的减少量。

上述的方法，其中，所述信道失真定律为：

对于给定的抽取样式S和信道失真约束D_chn ^S，当由属于S的数据包l引入的失真D_chn，l ^O等于

总能量最小，所述α_l为与数据包l相关的常数，所述c_l为分配给数据包l的子载波数量。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了可分级视频传输处理装置，包括：

编码模块，用于对待传输的视频数据进行可分级信源编码，得到原始待传输数据包集合；

权重计算模块，用于对所述原始待传输数据包集合中的每个待传输数据包进行权重估计，得到每个待传输数据包的权重；

子载波分配模块，用于按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序，利用当前可用子载波为所述待传输数据包集合中的所述待传输数据包进行子载波分配，分配到子载波的待传输数据包组成第一待传输数据包集合，所述第一待传输数据包集合中，权重大的待传输数据包分配到的子载波的信道质量优于权重小的数据包分配到的子载波的信道质量；

抽取及能量分配模块，用于按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序从所述第一待传输数据包集合中抽取数据包，组成第二待传输数据包集合，并利用能量约束条件和信道状态信息对所述第二待传输数据包集合中的第二待传输数据包进行能量分配；利用分配的子载波和能量进行传输时，所述第二待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系；

发送模块，用于将所述第二待传输数据包集合进行正交频分复用调制后发送。

上述的可分级视频传输处理装置，其中，所述权重计算模块中，待传输数据包l的权重为所述原始待传输数据包集合中，解码依赖于所述待传输数据包l的所有待传输数据包正确译码后，接收端视频失真的总的减少量。

上述的可分级视频传输处理装置，其中，所述抽取及能量分配模块具体包括：

抽取单元，用于根据当前可用子载波数量，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，从所述第一待传输数据包中抽取当前可用的子载波能够传输的最大数量的待传输数据包，组成第二待传输数据包集合；

失真计算单元，用于计算所述第二待传输数据包集合的信源失真，并根据信源失真和信道失真之间的预设倍数关系获取所述第二待传输数据包集合的信道失真；

符号能量计算单元，用于根据第二待传输数据包集合的信道失真和信道失真定律计算第二待传输数据包集合中每个待传输数据包的信道失真和达到所述信道失真对应的符号能量；

分配单元，用于按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，为第二待传输数据包集合中的每个待传输数据包分配所述对应的符号能量；

判断单元，用于判断能量分配是否满足能量约束，获取一判断结果；

输出单元，用于在判断结果指示能量分配是否满足能量约束时，触发所述发送模块；

返回单元，用于在判断结果指示能量分配不满足能量约束时，降低当前可用子载波数量得到更新后的当前可用子载波数量。

上述的可分级视频传输处理装置，其中，所述更新后的当前可用子载波数量为当前可用子载波数量和实际分配子载波数量之和的一半，所述实际分配子载波数量为当前能量约束条件下，所述第二待传输数据包集合中，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，能够分配到对应的符号能量的最大数目的待传输数据包所需的子载波数量。

上述的可分级视频传输处理装置，其中，所述第二待传输数据包集合的信源失真为

其中D₀为没有待传输数据包被正确解码时的原始失真，所述S为所述第二待传输数据包集合，ΔD_l为数据包l正确译码后，接收端视频失真的减少量。

上述的可分级视频传输处理装置，其中，所述信道失真定律为：对于给定的抽取样式S和信道失真约束D_chn ^S，当由属于S的数据包l引入的失真D_chn，l ^O等于

总能量最小，所述α_l为与数据包l相关的常数，所述c_l为分配给数据包l的子载波数量。

本发明实施例具有以下的有益效果：

本发明实施例的方法和装置中，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序，利用当前可用子载波为所述待传输数据包集合中的所述待传输数据包进行子载波分配后，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序从所述分配到子载波的待传输数据包集合中抽取数据包，并利用能量约束条件和信道状态信息对抽取的待传输数据包集合中的待传输数据包进行能量分配，抽取的待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系，通过上述的处理，相对于现有技术，重要的数据包得到了更好的保护，其端到端失真进一步减小，提高了系统性能；

同时，本发明实施例的方法和装置中，待传输数据包l的权重为原始待传输数据包集合中，解码依赖于待传输数据包l的所有待传输数据包正确译码后，接收端视频失真的总的减少量，利用上述的方式，实现了数据包重要程度的量化，能够更加准确的表明数据包的重要程度，因此能够实现更加准确的能量、子载波的分配，提高了系统性能。

附图说明

图1为本发明实施例的可分级视频传输处理方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的可分级视频传输处理装置的结构示意图；

图3为一种数据包之间的依赖关系的示意图；

图4为本发明实施例的方法的仿真曲线示意图。

具体实施方式

本发明实施例的可分级视频传输处理方法及装置中，根据数据包对端到端失真的贡献，计算数据包的权重，同时通过迭代自适应抽取和资源分配(子载波和能量分配)，给出了任意信道状态下传输数据包的最优组合及传输它们所用的子载波和能量。

在对本发明实施例进行详细说明之前，先对本发明具体实施例中将要涉及到的一些参数进行说明。

假定待传输的视频片段由N帧图像组成，经可分级信源编码器编码后，每帧图像均产生K个数据包(Data Packet，DP)。令序号l＝(n-1)K+k的DP为第n帧图像的第k个DP，其它参数如下表所示。

参数符号	参数含义
		L	等待传输的DP的数目
Bl	数据包l的大小
		Δdl	数据包l的失真参数，表征该DP l正确译码后，接收端视频失真的减少量
Rl	数据包l所使用的调制方式的比特率
		Es，l	数据包l的符号能量
cl	分配给数据包l的子载波数量，等于Bl/Rl向上取整的值

本发明实施例的可分级视频传输处理方法如图1所示，包括：

步骤11，对待传输的视频数据进行可分级信源编码，得到待传输数据包集合；

步骤12，对所述待传输数据包集合中的每个待传输数据包进行权重估计，得到每个待传输数据包的权重；

步骤13，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序，为所述待传输数据包集合中的所述待传输数据包进行子载波分配，直至所有子载波分配完毕或所述待传输数据包集合中的所述待传输数据包分配完毕，分配到子载波的待传输数据包组成第一待传输数据包集合；

步骤14，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序从所述第一待传输数据包集合中抽取数据包，组成第二待传输数据包集合，并利用能量约束条件和信道状态信息对所述第二待传输数据包集合中的第二待传输数据包进行能量分配；

步骤15，将所述第二待传输数据包进行OFDM调制后发送；

所述第一待传输数据包集合中，权重大的数据包分配到的子载波的信道质量优于权重小的数据包分配到的子载波的信道质量，且利用分配的子载波和能量进行传输时，所述第二待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系。

本发明实施例的可分级视频传输处理装置如图2所示，包括：

编码模块，用于对待传输的视频数据进行可分级信源编码，得到待传输数据包；

权重计算模块，用于对所述待传输数据包集合中的每个待传输数据包进行权重估计，得到每个待传输数据包的权重；

子载波分配模块，用于按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序，为所述待传输数据包进行子载波分配，直至所有子载波分配完毕或所述待传输数据包分配完毕，分配到子载波的待传输数据包组成第一待传输数据包集合；

抽取模块，用于按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序从所述第一待传输数据包集合中抽取数据包，组成第二待传输数据包集合；

能量分配模块，用于利用能量约束条件和信道状态信息对所述第二待传输数据包集合中的第二待传输数据包进行能量分配；

调制模块，用于对所述第二待传输数据包进行OFDM调制；

发送模块，用于将所述调制后的所述第二待传输数据包发送到用户终端；

所述第一待传输数据包中，权重大的数据包分配到的子载波的信道质量优于权重小的数据包分配到的子载波的信道质量，且利用分配的子载波和能量进行传输时，所述第二待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系。

通过上述的描述可以发现，本发明实施例的方法和装置，根据当前信道情况，在信源预先抽取部分DP，所述第二待传输数据包集合中的数据包利用分配的子载波和能量进行传输时，产生的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系。

下面对各个步骤进行详细描述。

本发明实施例的方法中，首先需要对待传输数据包进行子载波分配，其中，子载波的质量以CGNR(Channel Gain Noise Ratio，信道增益噪声比)来衡量，CGNR越大，质量越好，步骤13具体包括：

按照频域响应对当前可用子载波进行降序排列；

按照每个所述待传输数据包的权重，将所述待传输数据包按照权重降序排列；

对所述待传输数据包进行子载波分配，在此，可以是如下的两种分配方式：

方式一、按子载波分配，首先将最前面的c1个子载波分配给第一个待传输数据包，然后将第c1个子载波之后的c2子载波分配给第二个待传输数据包，然后将第c2个子载波之后的c3子载波分配给第三个待传输数据包，.....，直至所有子载波分配完毕或所述待传输数据包都已经分配到子载波为止；

方式二、按数据包分配，提取第一个待传输数据包，然后根据其需求将可用的子载波中的最前面的c1个子载波分配给第一个待传输数据包，提取第二个待传输数据包，然后根据其需求将剩下的子载波中的最前面的c2个子载波分配给第二个待传输数据包，提取第三个待传输数据包，然后根据其需求将剩下的子载波中的最前面的c3个子载波分配给第三个待传输数据包，.....，直至没有剩余的子载波或所述待传输数据包都已经分配到子载波为止。

根据上述的描述可以发现，在这种传输方式下，权重越大的数据包(也就是越重要的数据包)分配到的子载波的信道质量越好(也就是CGNR越大)，因此能够尽可能的保证重要的数据包能够得到更好的保护。

从以上描述可以发现，待传输数据包在分配子载波之前需要计算其权重，衡量其重要程度，在本发明的具体实施例中，在子载波分配阶段，可以采用多种方式来计算待传输数据包的权重，下面即为其中一种定义方式，即在子载波分配阶段，将待传输数据包l的权重定义为

其中S为所有待传输数据包的集合(也就是L个待传输数据包的集合)，而数据包l’为解码依赖于待传输数据包l的数据包，且包括数据包本身，举例说明如下。

如图3所示，图3为数据包依赖关系的示意图，图3中，箭头终点所在的数据包的解码依赖于箭头起点所在的数据包，以图3所示的情况为例，数据包1的权重为ΔD₁+ΔD₂+ΔD₄，数据包2的权重为ΔD₂，数据包3的权重为ΔD₁+ΔD₂+ΔD₃+ΔD₄，数据包4的权重为ΔD₂+ΔD₄。

利用上述的方式，实现了数据包重要程度的量化，能够更加准确的表明数据包的重要程度。

在传输前，需要从待传输数据包中预先抽取一部分数据包，然后对抽取出来的待传输数据包进行传输，在本发明的具体实施例中，假定抽取出来的DP的集合为S，则端到端的失真D_S如下所示：

$D_S=D_0-\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}\left[\mathrm{\Δ}{D}_l\underset{l^{\′}\≤l}{\mathrm{\Π}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_{l^{\′}})\right]...\left(1\right)$

其中，D₀为没有DP被正确解码时的原始失真，ε_l为DP l的包错误率(Packet Error Rate，PER)，计算如下所示：

${\mathrm{\ϵ}}_l=1-{[1-P_M(R_l,E_{s,l}{G}_l)]}^{c_l}...\left(2\right)$

其中G_l为平均CGNR(Channel Gain Noise Ratio，信道增益噪声比)，P_M(R_l，E_s，l G_l)为符号错误率(Symbol Error Rate，SER)。

在上述的情况下，如果要想优化视频传输的端到端失真，则转变为求解下述优化问题。

$D=\underset{\{S,E_{s,l},G_l\}}{\min }{D}_S$

$s.t.\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{c}_l{E}_{s,l}\≤E_T,\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{c}_l\≤C_T...\left(3\right)$

其中E_T为总能量约束，而C_T为可用的子载波数量。

对端到端的失真D_S执行线性化操作，忽略2次或更高次的项后，可得到端到端失真D_S的如下近似表达式：

$D_S=D_0-\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}\left[\mathrm{\Δ}{D}_l\underset{l^{\′}\≤l}{\mathrm{\Π}}(1-{\mathrm{\ϵ}}_{l^{\′}})\right]=D_0-\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}\left[\mathrm{\Δ}{D}_l(1-\underset{l^{\′}\≤l}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_{l^{\′}})\right]$

$=(D_0-\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{D}_l)+\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_l\left(\underset{l^{\′}\≤l\∩l^{\′}\∈S}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{D}_{l^{\′}}\right)...\left(4\right)$

通过上述的线性化处理，D_S表达成了DP丢包率的线性叠加，故定义DP l在抽取样式S下的权重系数W_l ^S为

执行线性化操作后的端到端失真D_S包括两部分，一部分为抽取样式S下的信源失真D_src ^S，另一部分为抽取样式S下的信道失真D_chn ^S，如下：

$D_{\mathrm{src}}^S=D_0-\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{D}_l...\left(5\right)$

$D_{\mathrm{chn}}^S=\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{W}_l^S{\mathrm{\ϵ}}_l...\left(6\right)$

而当端到端失真最小化时，信道失真D_chn ^S为信源失真D_src ^S的γ倍，即：

$D_{\mathrm{src}}^S=\mathrm{\γ}{D}_{\mathrm{chn}}^S...\left(7\right)$

其中该γ为常数，合理取值0.1左右。

在本发明的具体实施例中，利用迭代的方式来获取抽取样式S。

下面对本发明实施例的步骤14进行详细说明，其包括：

步骤141，根据当前可用子载波数量，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，从所述第一待传输数据包中抽取当前可用的子载波能够传输的最大数量的待传输数据包，组成第二待传输数据包集合S；

步骤142，获取第二待传输数据包集合的信源失真D_src ^S，并根据信源失真和信道失真之间的预设倍数关系获取第二待传输数据包集合的信道失真D_chn ^S；

步骤143，根据第二待传输数据包集合的信道失真D_chn ^S和信道失真定律计算第二待传输数据包集合S中每个待传输数据包的信道失真，并计算每个待传输数据包达到所述信道失真对应的符号能量E_s，l；

步骤144，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，为第二待传输数据包集合中的每个待传输数据包分配对应的符号能量E_s，l；

步骤145，判断能量分配是否满足能量约束，即判断下式是否成立，如果是，进入步骤15，否则进入步骤146；

$\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{c}_l{E}_{s,l}\≤E_T$

步骤146，获取实际分配子载波数量，所述实际分配子载波数量为当前能量约束条件下，第二待传输数据包集合中，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，能够分配到对应的符号能量E_s，l的最大数目的待传输数据包所需的子载波数量；

步骤147，将当前可用子载波数量和实际分配子载波数量之和的一半作为更新后的当前可用子载波数量返回步骤141。

当然，在上述的步骤中，是将当前可用子载波数量和实际分配子载波数量之和的一半作为更新后的当前可用子载波数量返回步骤141，当然，也可以是将当前可用子载波数量减去预设的子载波数量(如1个、2个、3个，或者其它数目)后返回步骤141。

下面对信道失真定律进行说明如下。

对于给定的抽取样式S和信道失真约束D_chn ^S，当由属于S的DP包l引入的失真D_chn，l ^O满足下式时，总能量最小。

$D_{\mathrm{chn},l}^O=\frac{c_l}{{\mathrm{\α}}_l}{D}_{\mathrm{chn}}^S/\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}\frac{c_l}{{\mathrm{\α}}_l}...\left(8\right)$

其中，α_l为与DP l相关的常数，由DP l采用的调制方式和对应的信道状态信息决定。

下面以通信系统常用的调制方式为例对上述问题的求解进行详细说明，其中该调制方式包括高阶QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制，如16QAM，64QAM，256QAM等)，QPSK，BPSK等。

对于高阶QAM信号，信道失真定律即是以下优化问题的解。

$\underset{\left\{E_{s,l}\right\}}{\min }\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{c}_l{E}_{s,l}$

$s.t.\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}4W_l^S{c}_{l}Q\left(\sqrt{3E_{s,l}{G}_l/(2^{R_l}-1)}\right)\≤D_{\mathrm{chn}}^S...\left(9\right)$

引入拉格朗日乘数(Lagrange multiplier)，最优解满足

$W_l^S\sqrt{{\mathrm{\α}}_1/E_{s,l}^O}\exp (-{\mathrm{\α}}_l{E}_{s,l}^O/2)=\mathrm{\λ}...\left(10\right)$

其中，α_l定义为

在低误符号率区域，

可以作近似处理，如下所示：

$Q\left(\sqrt{{\mathrm{\α}}_l{E}_{s,l}}\right)\stackrel{\·}{=}{e}^{-{\mathrm{\α}}_l{E}_{s,l}/2}/\sqrt{2\mathrm{\π}{\mathrm{\α}}_l{E}_{s,l}}...\left(11\right)$

因此：

$D_{\mathrm{chn},l}^O=4W_l^S{c}_{l}Q\left(\sqrt{{\mathrm{\α}}_l{E}_{s,l}^O}\right)\stackrel{\·}{=}2\sqrt{2/\mathrm{\π}}\frac{c_l}{{\mathrm{\α}}_l}\mathrm{\λ}\∝\frac{c_l}{{\mathrm{\α}}_l}...\left(12\right)$

对于QPSK信号，R_l＝2，信道失真定律对应的优化问题为：

$\underset{\left\{E_{s,l}\right\}}{\min }\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{c}_l{E}_{s,l}$

$s.t.\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}2W_l^S{c}_{l}Q\left(\sqrt{E_{s,l}{G}_l}\right)\≤D_{\mathrm{chn}}^S...\left(13\right)$

同理可求得：

$D_{\mathrm{chn},l}^O\∝\frac{c_l}{{\mathrm{\α}}_l}$

其中α_l定义为G_l。

对于BPSK信号，R_l＝1，信道失真定律对应的优化问题为：

$\underset{\left\{E_{s,l}\right\}}{\min }\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{c}_l{E}_{s,l}$

$s.t.\underset{l\∈S}{\mathrm{\Σ}}{W}_l^S{c}_{l}Q\left(\sqrt{E_{s,l}{G}_l}\right)\≤D_{\mathrm{chn}}^S...\left(14\right)$

同理可求得：

$D_{\mathrm{chn},l}^O\∝\frac{c_l}{{\mathrm{\α}}_l}$

其中α_l定义为G_l。

下面对本发明实施例的方法的有益效果的仿真进行说明，其中，信源和信道参数如下：

测试视频序列：Foreman

分辨率：CIF 352*288

帧数量：297

帧速率：30fps

IDR：1.1s

Temporal scalability：5

SNR scalability(FGS)：3

信道类型：AWGN/TU/HT

带宽：800kHz

保护间隔：40ms

帧body：160ms

子载波数量：128

吞吐量：1.28Mbps

调制方式：OFDM

其中TU和HT是GSM标准推荐的信道仿真模型。

在上述的仿真条件下，本发明实施例的方法(UEPwExt)和基于包的无抽取非对等保护方法(UEPwoExt)的信噪比VS PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio，峰值信噪比)的曲线如图4，从图4可以发现，在相同的SNR条件和仿真模型下，本发明实施例的方法(UEPwExt)具有较好的PSNR，主要原因如下：

本发明实施例的方法(UEPwExt)会根据信道状态信息进行自适应的抽取，当接收端信噪比变低时，发端会丢掉重要性低的DP，将总能量尽可能多地分配给重要性高的DP，从而保证这些DP以高的概率被正确接收；而UEPwoExt在高信噪比时通过能量分配能实现重要性高的DP获得较好保护的目的，但是由于其目标函数存在多个极小值点，在信噪比低时陷入局部极小值而无法保证好的性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种可分级视频传输处理方法，其特征在于，包括：

步骤11，对待传输的视频数据进行可分级信源编码，得到原始待传输数据包集合；

步骤12，对所述原始待传输数据包集合中的每个待传输数据包进行权重估计，得到每个待传输数据包的权重；

步骤13，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序，利用当前可用子载波为所述待传输数据包集合中的所述待传输数据包进行子载波分配，分配到子载波的待传输数据包组成第一待传输数据包集合，所述第一待传输数据包集合中，权重大的待传输数据包分配到的子载波的信道质量优于权重小的数据包分配到的子载波的信道质量；

步骤14，按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序从所述第一待传输数据包集合中抽取数据包，组成第二待传输数据包集合，并利用能量约束条件和信道状态信息对所述第二待传输数据包集合中的第二待传输数据包进行能量分配；利用分配的子载波和能量进行传输时，所述第二待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系；

步骤15，将所述第二待传输数据包集合进行正交频分复用调制后发送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤12中，待传输数据包l的权重为所述原始待传输数据包集合中，解码依赖于所述待传输数据包l的所有待传输数据包正确译码后，接收端视频失真的总的减少量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤14具体包括：

步骤141，根据当前可用子载波数量，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，从所述第一待传输数据包中抽取当前可用的子载波能够传输的最大数量的待传输数据包，组成第二待传输数据包集合；

步骤142，计算所述第二待传输数据包集合的信源失真，并根据信源失真和信道失真之间的预设倍数关系获取所述第二待传输数据包集合的信道失真；

步骤143，根据第二待传输数据包集合的信道失真和信道失真定律计算第二待传输数据包集合中每个待传输数据包的信道失真和达到所述信道失真对应的符号能量；

步骤144，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，为第二待传输数据包集合中的每个待传输数据包分配所述对应的符号能量；

步骤145，判断能量分配是否满足能量约束，如果是，进入步骤15，否则进入步骤146；

步骤146，降低当前可用子载波数量得到更新后的当前可用子载波数量返回步骤141。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述更新后的当前可用子载波数量为当前可用子载波数量和实际分配子载波数量之和的一半，所述实际分配子载波数量为当前能量约束条件下，所述第二待传输数据包集合中，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，能够分配到对应的符号能量的最大数目的待传输数据包所需的子载波数量。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二待传输数据包集合的信源失真为

其中D₀为没有待传输数据包被正确解码时的原始失真，所述S为所述第二待传输数据包集合，ΔD_l为数据包l正确译码后，接收端视频失真的减少量。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述信道失真定律为：

对于给定的抽取样式S和信道失真约束D_chn ^S，当由属于S的数据包l引入的失真D_chn，l ^o等于

总能量最小，所述α_l为与数据包l相关的常数，所述c_l为分配给数据包l的子载波数量。

7.一种可分级视频传输处理装置，其特征在于，包括：

编码模块，用于对待传输的视频数据进行可分级信源编码，得到原始待传输数据包集合；

权重计算模块，用于对所述原始待传输数据包集合中的每个待传输数据包进行权重估计，得到每个待传输数据包的权重；

子载波分配模块，用于按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序，利用当前可用子载波为所述待传输数据包集合中的所述待传输数据包进行子载波分配，分配到子载波的待传输数据包组成第一待传输数据包集合，所述第一待传输数据包集合中，权重大的待传输数据包分配到的子载波的信道质量优于权重小的数据包分配到的子载波的信道质量；

抽取及能量分配模块，用于按照所述待传输数据包的权重从大到小的顺序从所述第一待传输数据包集合中抽取数据包，组成第二待传输数据包集合，并利用能量约束条件和信道状态信息对所述第二待传输数据包集合中的第二待传输数据包进行能量分配；利用分配的子载波和能量进行传输时，所述第二待传输数据包集合的信源失真和信道失真满足预设的倍数关系；

发送模块，用于将所述第二待传输数据包集合进行正交频分复用调制后发送。

8.根据权利要求7所述的可分级视频传输处理装置，其特征在于，所述权重计算模块中，待传输数据包l的权重为所述原始待传输数据包集合中，解码依赖于所述待传输数据包l的所有待传输数据包正确译码后，接收端视频失真的总的减少量。

9.根据权利要求7或8所述的可分级视频传输处理装置，其特征在于，所述抽取及能量分配模块具体包括：

抽取单元，用于根据当前可用子载波数量，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，从所述第一待传输数据包中抽取当前可用的子载波能够传输的最大数量的待传输数据包，组成第二待传输数据包集合；

失真计算单元，用于计算所述第二待传输数据包集合的信源失真，并根据信源失真和信道失真之间的预设倍数关系获取所述第二待传输数据包集合的信道失真；

符号能量计算单元，用于根据第二待传输数据包集合的信道失真和信道失真定律计算第二待传输数据包集合中每个待传输数据包的信道失真和达到所述信道失真对应的符号能量；

分配单元，用于按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，为第二待传输数据包集合中的每个待传输数据包分配所述对应的符号能量；

判断单元，用于判断能量分配是否满足能量约束，获取一判断结果；

输出单元，用于在判断结果指示能量分配是否满足能量约束时，触发所述发送模块；

返回单元，用于在判断结果指示能量分配不满足能量约束时，降低当前可用子载波数量得到更新后的当前可用子载波数量。

10.根据权利要求9所述的可分级视频传输处理装置，其特征在于，所述更新后的当前可用子载波数量为当前可用子载波数量和实际分配子载波数量之和的一半，所述实际分配子载波数量为当前能量约束条件下，所述第二待传输数据包集合中，按照待传输数据包的权重从大到小的顺序，能够分配到对应的符号能量的最大数目的待传输数据包所需的子载波数量。

11.根据权利要求9所述的可分级视频传输处理装置，其特征在于，所述第二待传输数据包集合的信源失真为

其中D₀为没有待传输数据包被正确解码时的原始失真，所述S为所述第二待传输数据包集合，ΔD_l为数据包l正确译码后，接收端视频失真的减少量。

12.根据权利要求9所述的可分级视频传输处理装置，其特征在于，所述信道失真定律为：对于给定的抽取样式S和信道失真约束D_chn ^S，当由属于S的数据包l引入的失真D_chn，l ^o等于

总能量最小，所述α_l为与数据包l相关的常数，所述c_l为分配给数据包l的子载波数量。

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