CN103686444B - 一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方案 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方法及系统，所述方法包含：步骤101）：采用平均比特互信息法预测每个H.264/AVC视频包的传输误包率PER和时延；步骤102）：根据ROPE算法以及步骤101）中预测的视频包传输误包率和时延，估计在若干不同的视频编码参数以及物理层调制编码参数组合下端到端的视频传输失真期望值；步骤103）将端到端视频失真期望值最小时所对应的视频编码参数和调制编码参数分别作为最优参数进行当前视频片的传输。本发明以端到端的视频失真为优化目标，通过对无线链路特性进行准确估计，并根据当前无线链路状态，联合应用层编码参数、物理层传输参数以提升到端到端的视频质量，从而提升用户对MIMO OFDM系统的视频业务体验。

Description

一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方案

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方案。

背景技术

随着移动互联网技术的飞速发展，人们对无线多媒体业务和应用的需求越来越强烈。与此同时，也出现了很多新的移动通信技术以提升系统容量和可靠性，MIMOOFDM即是其中之一，也是第四代移动通信系统的物理层技术。与有线通信系统相比，无线通信系统的特点就在于其信道衰落的时变性。因此如何对抗无线信道的时变衰落成为解决无线视频传输的关键所在，对于MIMO OFDM系统亦是如此。

联合的信源信道编码方法对于不同重要性的信息分配以不同的速率，同时用可靠信道编码传输重要的信息。不均等差错保护（UEP）和JSCC对于在MAC层对重要的信息分配而更好的传输资源具有同样的效果。联合PHY-MAC层跨层优化技术，在考虑QOS质量需求和无线信道信息的同时，通过调整MAC层无线资源分配以及物理层传输参数来优化视频传输质量。

以上所有技术虽然在某些方面显示出在健壮性视频传输中的优势。然而，无线通信的最终目标是给用户提供端到端的QoS保证，上述现有技术的方案并没有真正的改善端到端视频质量。因此，研究MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输就显得尤为重要。

基于提升端到端视频传输质量的这一目标，本发明提出了一种具有端到端QoS保证的视频传输方案。该方案通过联合优化应用层视频编码参数、物理层传输参数来最小化端到端的视频失真。

发明内容

本发明的目的在于，解决为视频业务在MIMO OFDM系统中的传输提供端到端的QoS保障。为实现上述发明目的，本发明提供了一种MIMO OFDM系统中视频传输的系统方案。

为实现上述目的，本发明提供了一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证 的视频传输方法，所述方法包含：

步骤101）：采用平均比特互信息法预测每个H.264/AVC视频包的传输误包率PER和时延；

步骤102）：根据ROPE算法以及步骤101）中预测的视频包传输误包率和时延，估计在若干不同的视频编码参数以及物理层调制编码参数组合下端到端的视频传输失真期望值；

步骤103）将端到端视频失真期望值最小时所对应的视频编码参数和调制编码参数分别作为最优编码参数进行视频编码和最优信道调制参数进行物理信道调制，完成当前视频片的传输。

上述技术方案中，所述步骤101）进一步包含如下子步骤：

101-1）将每个子载波或一组子载波在各种相关调制模式下映射成比特互信息MIB；

101-2）计算每种自适应调制编码模式下的平均比特互信息MMIB，所述自适应调制编码模式下的MMIB是指每个资源块RB所占用的子载波的MIB的平均值；

101-3）依据MMIB值计算每种调制编码模式MCS模式下信道码块的误块率BLER计算公式如下，

$\mathrm{BLER}(b,C_R)=\frac{1}{2}\[1-\mathrm{erf}\left(\frac{\mathrm{MMIB}(b,C_R)-a}{\sqrt{2}c}\right)\]---\left(6\right)$

其中，a和c是调整参数，所述a和c的数值是基于对加性高斯白信道AWGN信道非线性拟合得到，以不同MCS模式保存的；b表示每个子载波所承载的比特数，C_R表示信道编码码率，MMIB(b,C_R)表示在调制编码模式（b,C_R）下平均比特互信息；

101-4）依据每种调制编码方式下的BLER、信道速率、应用层编码参数，预测每个H.264/AVC编码的视频包丢包率PER和端到端的传输时延。

上述技术方案中，步骤101-4）所述视频丢包率采用下式计算：

H.264/AVC编码的视频数据以片为单位进行源端编码，根据H.264/AVC视频编码原理片ξ_m，i的视频包长L_m，i(QP_m，i)是由编码量化参数QP_m，i的函数；当片ξ_m，i的视频包达到MAC层以后在MAC层划分成若干信道传输码块，因此片ξ_m，i所对应视频包的丢包率由以下公式表达，

${\mathrm{\ρ}}_{m,i}=1-\underset{l_B=1}{\overset{L_B}{\mathrm{\Π}}}(1-{\mathrm{BLER}}_{l_B})---\left(7\right)$

其中，L_B是片ξ_m，i所组成码块的数量， 所述 操作表示取整； 表示第l_B个信道码块的误块率，l_B表示信道码块的角标；

上述技术方案中，步骤101-4）所述传输时延采用下式计算：

在物理层一个传输时间间隔TTI的时间可以表示成t_TTI，每个传输时间间隔TTI所传送的资源块RB的数量为L_TTI，传输时延由以下公式表示，

$t_{m,i}=t_{\mathrm{TTI}}\frac{L\·L_B}{L_{\mathrm{TTI}}}---\left(8\right)$

其中，L表示某种MCS下每个信道传输码块所占用的资源块的个数，对应MCS(b,C_R)的一个码块所占用的资源块RB数量由以下等式计算：

$L=\frac{S_B}{C_R\mathrm{Kb}}---\left(9\right)$

其中，b表示每个子载波所成承载的比特数；C_R表示信道编码码率；K表示每个RB所包含的子载波个数；S_B表示信道码块的长度。

上述技术方案中，所述步骤（102）进一步包含：

（102-1）将视频量化步长QP_m，i和调制编码模式MCS_m,i组成传输参数组合v_m，i＝(QP_m，i,MCS_m,i)，并计算视频帧m的第i个片的端到端失真；

（102-2）将传输参数组合v_m，i＝(QP_m，i,MCS_m，i)中传输时延大于最大允许传输时延的组合剔除掉，剩余的传输参数组合作为备选集合；

（102-3）从所述备选集合中选择使得端到端的视频失真期望值E[d_m，i]最小的传输参数组合作为最优化传输参数组合；

步骤（102-4）将最优化参数组合对应的各参数配置到不同的协议层中进行视频内容的传输。

上述技术方案中，所述步骤102-1）进一步包含：

当传输视频帧数为M帧，且每个视频帧被分成I个片，ξ_m，i表示视频帧m的第i个片，J_m，i是片ξ_m，i总像素个数；

利用ROPE算法计算不同的视频量化步长QP_m，i、调制编码模式MCS_m，i组合下传输参数组合v_m，i＝(QP_m，i,MCS_m,i)，视频帧m的第i个片的端到端失真计算公式如下：

$E\[d_{m,i}^j\left(v_{m,i}\right)\]=\underset{j=1}{\overset{J_{m,i}}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ρ}}_{m,i})E\[d_{m,i}^{j,r}\]+{\mathrm{\ρ}}_{m,i}E\[d_{m,i}^{j,l}\]---\left(10\right)$

其中，ρ_m,i是第m帧中第i片的视频丢包率， 是当像素被正确接收时的失真，等于编码前的像素值减去编码后的像素值， 是当像素丢失时的失真，等于编码前的像素值减去前一帧同位置编码后的像素值，m的取值范围为1～M，i取值为集合（1,2,…,I）中的任意值。

基于上述方法本发明提供了一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输系统，所述系统包含：

第一处理模块，用于采用平均比特互信息法预测每个H.264/AVC视频包的传输误包率PER和时延；

第二处理模块，用于根据ROPE算法以及预测的视频包传输误包率和时延，估计在若干不同的视频编码参数以及物理层调制编码参数组合下端到端的视频传输失真期望值；和

决策模块，用于将端到端视频失真期望值最小时所对应的视频编码参数和调制编码参数分别作为最优编码参数进行视频编码和最优信道调制参数进行物理信道调制，完成当前视频片的传输。

上述技术方案中，所述第一处理模块进一步包含：

互比特信息信息获取子模块，用于将每个子载波或一组子载波在各种相关调制模式下映射成比特互信息MIB；

平均互比特信息获取子模块，用于计算每种自适应调制编码模式下的平均比特互信息MMIB，所述自适应调制编码模式下的MMIB是指每个资源块RB所占用的子载波的MIB的平均值；

误块率获取子模块，用于依据MMIB值计算每种调制编码模式MCS模式下信道码块的误块率BLER计算公式如下：

$\mathrm{BLER}(b,C_R)=\frac{1}{2}\[1-\mathrm{erf}\left(\frac{\mathrm{MMIB}(b,C_R)-a}{\sqrt{2}c}\right)\]---\left(6\right)$

其中，a和c是调整参数，所述a和c的数值是基于对高斯白信道信道非线性拟合得到，以不同MCS模式保存的；b表示每个子载波所成承载的比特数；C_R表示信道编码码率；，MMIB(b,C_R)表示在调制编码模式（b,C_R）下，平均比特互信息；和

丢包率和传输时延获取子模块，用于依据每种调制编码方式下的BLER、信道速率、应用层编码参数，预测每个H.264/AVC编码的视频包丢包率PER和端到端的传输时延。

上述技术方案中，所述丢包率和传输时延获取子模块具体采用下式计算丢包率：

H.264/AVC编码的视频数据以片为单位进行源端编码，根据H.264/AVC视频编码原理片ξ_m，i的视频包长L_m，i(QP_m，i)是由编码量化参数QP_m，i的函数；当片ξ_m，i的视频包达到MAC层以后在MAC层划分成若干信道传输码块，因此片ξ_m,i所对应视频包的丢包率由以下公式表达，

${\mathrm{\ρ}}_{m,i}=1-\underset{l_B=1}{\overset{L_B}{\mathrm{\Π}}}(1-{\mathrm{BLER}}_{l_B})---\left(7\right)$

其中，L_B是片ξ_m，i所组成码块的数量， 所述 操作表示取整； 表示第l_B个信道码块的误块率，l_B表示信道码块的角标；

上述技术方案中，所述丢包率和传输时延获取子模块具体采用下式计算传输时延：

在物理层一个传输时间间隔TTI的时间可以表示成t_TTI，每个传输时间间隔TTI所传送的资源块RB的数量为L_TTI，传输时延由以下公式表示，

$t_{m,i}=t_{\mathrm{TTI}}\frac{L\·L_B}{L_{\mathrm{TTI}}}---\left(8\right)$

其中，L表示某种MCS下每个信道传输码块所占用的资源块的个数，对应MCS(b,C_R)（请补充MCS(b,C_R)表示的含义）的一个码块所占用的资源块RB数量由以下等式计算：

$L=\frac{S_B}{C_R\mathrm{Kb}}---\left(9\right)$

其中，b表示每个子载波所成承载的比特数；C_R表示信道编码码率；K表示每个RB所包含的子载波个数；S_B表示信道码块的长度。

上述技术方案中，所述第二处理模块进一步包含：

片端到端失真计算子模块，用于将视频量化步长QP_m，i和调制编码模式MCS_m，i组成传输参数组合v_m，i＝(QP_m，i,MCS_m,i)，并计算视频帧m的第i个片的端到端失真；

第一筛选子模块，用于将传输参数组合v_m，i＝(QP_m，i,MCS_m，i)中传输时延大于最大允许传输时延的组合剔除掉，剩余的传输参数组合作为备选集合；

第二筛选子模块，从所述备选集合中选择使得端到端的视频失真期望值E[d_m，i]最小的传输参数组合作为最优化传输参数组合；和

决策输出子模块，用于将最优化参数组合对应的各参数配置到不同的协议层中进行视频内容的传输。

与现有技术相比，本发明以端到端的视频失真为优化目标，通过对无线链路特性进行准确估计，并根据当前无线链路状态，联合应用层编码参数、物理层传输参数以提升到端到端的视频质量，从而提升用户对MIMO OFDM系统的视频业务体验。

附图说明

图1本发明提供的MIMO-OFDM波束形成系统中的H.264/AVC视频跨层传输系统框图；

图2是本发明提供的MIMO-OFDM波束形成系统中的H.264/AVC视频跨层传输方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细介绍。

本发明所述的一种MIMO OFDM系统跨层视频传输方案及系统，其特征在于通过加入跨层优化控制器来保证视频端到端的传输质量，具体工作原理即是采用现有的无线链路感知算法对无线链路的特性进行感知，跨层优化控制器根据感知结果同时调整视频编码器以及物理层传输参数，从而使得端到端的视频质量最优化。

图1所示的是本文所提出的基于H.264/AVC的视频跨层传输系统框图。图中包括H.264/AVC编解码器、跨层优化控制器和MIMO-OFDM系统。其中，跨层优化控制器是整个系统的核心部分跨层优化控制器通过对信道质量预测模块的输入参数进行分析，以最小化端到端的视频失真期望为目标适应性的调整了H.264/AVC编码的量化参数（QP）、MCS模式，具体原理请参加实施过程。

在现有的MIMO-OFDM系统中，假设发送和接收天线的数量分别为N_t和N_r。临近的子载波被分配到同一个资源块（RB）中。资源块是最小的资源单元。每个资源块包含K个子载波。在一个传输时间间隔（TTI）中一共有N个可用的资源块。一旦视频流到达发送端，它首先存储在发送端的缓存中。高速流数据首先通过串并转换被分成N个平行的子流。然后，平行的数据流映射到N×K个符号中{x_1,1,x_1,2,…,x_n,k,…,x_N,K}(1≤n≤N,1≤k≤K)。每个资源块的调制编码模式（Modulation and Coding Scheme，MCS）模式通过对跨层优化控制器的控制信息进行选择（具体选择模式见跨层优化传输的具体实施步骤）。假设发送端总的发送功率P是固定的，平均分配到每个符号。最终，所有的符号通过自适应波束成型进行滤波。

如图2所示，按照本发明所提供的改进上述现有技术的方案进行跨层优化传输，具体步骤包括：

步骤1）：采用平均比特互信息法预测每个H.264/AVC视频包的传输误包率和时延；

步骤2）：根据ROPE算法，跨层优化控制器根据步骤1）中预测的视频包的传输误包率和时延，估计在不同的视频编码参数以及物理层调制编码参数组合下端到端的视频传输失真，在所有的参数组合中选择使得当前片端到端视频失真的一组；

步骤3）：根据端到端视频失真最小时随对应的参数作为最优参数，即根据选择的最优编码参数进行编码，根据选择的最优信道调制编码参数传输当前片。

进一步，步骤（1）具体为：

（11）将每个子载波（或者一组子载波）在相关调制模式下映射成比特互信息。b表示每个子载波所成承载的比特数，本文中，b∈{2,4,6}对应QPSK,16QAM和64QAM三种调制方式下的比特数为2、4、6。每种调制模式下子载波(n,k)的比特互信息（Mutual Informationper Bit，MIB）的数学表达如下所示，

$\mathrm{MIB}({\mathrm{\γ}}_{n,k},b)=\left\{\begin{array}{c}J\left(2\sqrt{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}\right),\mathrm{ifb}=2;\\ \frac{1}{2}J\left(0.8\sqrt{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}\right)+\frac{1}{4}J\left(2.17\sqrt{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}\right)+\frac{1}{4}J\left(0.965\sqrt{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}\right),\mathrm{ifb}=4;\\ \frac{1}{3}J\left(1.47\sqrt{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}\right)+\frac{1}{3}J\left(0.529\sqrt{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}\right)+\frac{1}{3}J\left(0.366\sqrt{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}\right),\mathrm{ifb}=6.\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，γ_n,k(1≤n≤N,1≤k≤K)表示第n个资源块上第k个子载波的信噪比。假设发送功率为P，噪声功率为N₀，信道增益为 （eigvalue(A)代表矩阵A的最大特征值），那么γ_n，k计算公式如下式所示，

${\mathrm{\γ}}_{n,k}=\frac{P{{\mathrm{\λ}}_{n,k}}^2}{\mathrm{NK}{N}_0}---\left(2\right)$

另外，J(·)是高斯分布整函数，表达式为方程3，

$J\left(x\right)=1-\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}x}\exp (-\frac{{(z-x^2/2)}^2}{2x^2}){\log }_2(1+\exp \left(z\right))\mathrm{dz}---\left(3\right)$

$\≈\left\{\begin{array}{c}-0.00640081x+0.209252x^2-0.0421061x^3,\mathrm{ifx}\≤1.16363;\\ 1-\exp (0.0549608-0.0822054x-0.142675x^2+0.0018149x^3),\mathrm{ifx}>1.16363.\end{array}\right.$

（12）计算每种自适应调制编码模式下的平均比特互信息（Mean MutualInformation per Bit，MMIB）。某种自适应调制编码模式下的MMIB是每个资源块RB所占用的子载波的MIB的平均值。在实际系统中，信道码块的大小S_B和MCS模式是一一对应的关系。对应MCS(b,C_R)，一个码块所占用的资源块RB数量可以由以下等式计算，

$L=\frac{S_B}{C_R\mathrm{Kb}}---\left(4\right)$

每比特的平均互信息是由每个子载波的比特互信息平均得来的，有以下等式求得，

$\mathrm{MMIB}(b,C_R)=\frac{1}{\mathrm{LK}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{MIB}({\mathrm{\γ}}_{l,k},b)---\left(5\right)$

（13）计算每种MCS模式下的误块率BLER，每种MCS(b,C_R)模式下的BLER可以由MMIB求得，如下式所示，

$\mathrm{BLER}(b,C_R)=\frac{1}{2}\[1-\mathrm{erf}\left(\frac{\mathrm{MMIB}(b,C_R)-a}{\sqrt{2}c}\right)\]---\left(6\right)$

其中，a和c是调整参数。a和c的数值是对加性高斯白信道（Additive WhiteGaussian Noise，AWGN）非线性拟合所得到的，以不同MCS模式保存的。

MCS模式在本文中的选取以及所有MCS模式的参数a和c均列于表1，

表1应用高斯累加近似的MMIB到BLER映射中的参数表

（14）预测每个H.264/AVC编码的视频包丢包率和端到端的传输时延。H.264/AVC编码的视频数据在MAC层划分成若干码块。片ξ_m，i的视频包长L_m，i(QP_m，i)是由编码量化参数QP_m，i的函数。片ξ_m，i的丢包率可以由以下公式表达，

${\mathrm{\ρ}}_{m,i}=1-\underset{l_B=1}{\overset{L_B}{\mathrm{\Π}}}(1-{\mathrm{BLER}}_{l_B})---\left(7\right)$

其中，L_B是片ξ_m，i所组成码块的数量，可以由 计算得到，其中 大于等于x。假定发送端可以获得所有的SNR，那么 可以由等式(1)-(8)计算得。

另一个无线LQM参数是发送时延。在应用层的一个TTI的时间可以表示成t_TTI，每个TTI所传送的RB的数量为L_TTI。所以，传输时延可以由以下公式表示，

$t_{m,i}=t_{\mathrm{TTI}}\frac{L\·L_B}{L_{\mathrm{TTI}}}---\left(8\right)$

进一步，步骤（2）具体为：

（21）计算不同的视频量化步长QP_m，i、调制编码模式MCS_m，i组合下 v_m,i＝(QP_m,i,MCS_m,i)视频帧m的第i(i=1,2,…,I)个片的端到端失真。

假设传输视频帧数为M帧，每个视频帧被分成I个片。ξ_m，i是视频帧m(1≤m≤M)的第i(i=1,2,…,I)个片，J_m，i是片ξ_m，i总像素个数。利用ROPE算法计算不同的视频量化步长QP_m，i、调制编码模式MCS_m，i组合下v_m，i＝(QP_m，i,MCS_m,i)，视频帧m的第i(i=1,2,…,I)个片的端到端失真，

$E\[d_{m,i}^j\left(v_{m,i}\right)\]=\underset{j=1}{\overset{J_{m,i}}{\mathrm{\Σ}}}(1-{\mathrm{\ρ}}_{m,i})E\[d_{m,i}^{j,r}\]+{\mathrm{\ρ}}_{m,i}E\[d_{m,i}^{j,l}\]---\left(9\right)$

其中，ρ_m，i是第m帧中第i片的视频丢包率，可以用式（7）在不同的v_m，i下进行计算。是当像素被正确接收时的失真，等于编码前的像素值减去编码后的像素值。 是当像素丢失时的失真，等于编码前的像素值减去前一帧同位置编码后的像素值。

（22）将传输参数组合v_m，i＝(QP_m，i,MCS_m，i)中传输时延大于最大允许传输时延的组合剔除掉。

假定组成视频帧的每个片在传输的时候都不会超过最大的允许时延T_max，那么当v_m，i的取值使得片ξ_m，i的时延大于最大允许时延是不被接受的，也不可能是最优解。当v_m，i无效的时候，可以假定片ξ_m，i的失真是无穷大。失真可以由以下公式表达，

$\tilde{E}\[d_{m,i}\]=\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{J_i}{\mathrm{\Σ}}}E\[d_{m,i}^j\],\mathrm{if}{t}_{m,i}\left(v_{m,i}\right)\≤T_{\max };\\ \∞,\mathrm{if}{t}_{m,i}\left(v_{m,i}\right)>T_{\max }.\end{array}\right.---\left(10\right)$

（23）在（22）的基础上选择使得E[d_m,i]最小的传输参数组合，表达式如下

${\tilde{v}}_{m,i}=\arg \min \tilde{E}\[d_{m,i}\]---\left(11\right)$

至此，最优化传输参数组合选择完成。接下来，将选择出来的优化参数配置到不同的协议层中进行视频内容的传输。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方法，所述方法包含：

步骤101)：采用平均比特互信息法预测每个H.264/AVC视频包的丢包率PER和时延；

步骤102)：根据ROPE算法以及步骤101)中预测的视频包的丢包率和时延，估计在若干不同的视频编码参数以及物理层调制编码参数组合下端到端的视频传输失真期望值；

步骤103)将端到端视频失真期望值最小时所对应的视频编码参数和调制编码参数分别作为最优编码参数进行视频编码和最优信道调制参数进行物理信道调制，完成当前视频片的传输；

所述步骤101)进一步包含如下子步骤：

101-1)将每个子载波或一组子载波在各种相关调制模式下映射成比特互信息MIB；

101-2)计算每种自适应调制编码模式下的平均比特互信息MMIB，所述自适应调制编码模式下的MMIB是指每个资源块RB所占用的子载波的MIB的平均值；

101-3)依据MMIB值计算每种调制编码模式MCS模式下信道码块的误块率BLER计算公式如下，

其中，a和c是调整参数，所述a和c的数值是基于对加性高斯白信道AWGN信道非线性拟合得到，以不同MCS模式保存的；b表示每个子载波所承载的比特数，C_R表示信道编码码率，MMIB(b,C_R)表示在调制编码模式(b,C_R)下平均比特互信息；

101-4)依据每种调制编码方式下的BLER、信道速率、应用层编码参数，预测每个H.264/AVC编码的视频包的丢包率PER和端到端的传输时延；

步骤101-4)所述视频包的丢包率采用下式计算：

H.264/AVC编码的视频数据以片为单位进行源端编码，根据H.264/AVC视频编码原理片ξ_m,i的视频包长L_m,i(QP_m,i)是由编码量化参数QP_m,i的函数；当片ξ_m,i的视频包达到MAC层以后在MAC层划分成若干信道传输码块，因此片ξ_m,i所对应视频包的丢包率由以下公式表达，

其中，L_B是片ξ_m,i所组成码块的数量，B是码块的英文首字母，所述“”操作表示取整；表示第l_B个信道码块的误块率，l_B表示信道码块的角标；S_B为信道码块的长度；设传输视频帧数为M帧，每个视频帧被分成I个片，m,1≤m≤M是视频帧帧数，i，i＝1,2,…,I是片数。

2.根据权利要求1所述的MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方法，其特征在于，步骤101-4)所述传输时延采用下式计算：

在物理层一个传输时间间隔TTI的时间可以表示成t_TTI，每个传输时间间隔TTI所传送的资源块RB的数量为L_TTI，传输时延由以下公式表示，

其中，设传输视频帧数为M帧，每个视频帧被分成I个片，m,1≤m≤M是视频帧帧数，i，i＝1,2,…,I是片数；L表示某种MCS下每个信道传输码块所占用的资源块的个数，对应MCS(b,C_R)的一个码块所占用的资源块RB数量由以下等式计算：

其中，b表示每个子载波所成承载的比特数；C_R表示信道编码码率；K表示每个RB所包含的子载波个数；S_B表示信道码块的长度。

3.根据权利要求1所述的MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方法，其特征在于，所述步骤(102)进一步包含：

(102-1)将视频量化步长QP_m,i和调制编码模式MCS_m,i组成传输参数组合v_m,i＝(QP_m,i,MCS_m,i)设传输视频帧数为M帧，每个视频帧被分成I个片，m,1≤m≤M是视频帧帧数，i，i＝1,2,…,I是片数；并计算视频帧m的第i个片的端到端失真；

(102-2)将传输参数组合v_m,i＝(QP_m,i,MCS_m,i)中传输时延大于最大允许传输时延的组合剔除掉，剩余的传输参数组合作为备选集合；

(102-3)从所述备选集合中选择使得端到端的视频失真期望值最小的传输参数组合作为最优化传输参数组合；

(102-4)将最优化参数组合对应的各参数配置到不同的协议层中进行视频内容的传输。

4.根据权利要求3所述的MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输方法，其特征在于，所述步骤102-1)进一步包含：

当传输视频帧数为M帧，且每个视频帧被分成I个片，ξ_m,i表示视频帧m的第i个片，J_m,i是片ξ_m,i总像素个数；

利用ROPE算法计算不同的视频量化步长QP_m,i、调制编码模式MCS_m,i组合下传输参数组合v_m,i＝(QP_m,i,MCS_m,i)，视频帧m的第i个片的端到端失真计算公式如下：

其中，ρ_m,i是第m帧中第i片的视频丢包率，j,j＝1,2,…,J_m,i表示第j个像素，r表示receive：正确接受，l表示lost：丢失，是当像素被正确接收时的失真，等于编码前的像素值减去编码后的像素值，是当像素丢失时的失真，等于编码前的像素值减去前一帧同位置编码后的像素值，m的取值范围为1～M，i取值为集合(1,2,…,I)中的任意值。

5.一种MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输系统，所述系统包含：

第一处理模块，用于采用平均比特互信息法预测每个H.264/AVC视频包的丢包率PER和时延；

第二处理模块，用于根据ROPE算法以及预测的视频包的丢包率和时延，估计在若干不同的视频编码参数以及物理层调制编码参数组合下端到端的视频传输失真期望值；和

决策模块，用于将端到端视频失真期望值最小时所对应的视频编码参数和调制编码参数分别作为最优编码参数进行视频编码和最优信道调制参数进行物理信道调制，完成当前视频片的传输；

所述第一处理模块进一步包含：

互比特信息获取子模块，用于将每个子载波或一组子载波在各种相关调制模式下映射成比特互信息MIB；

平均互比特信息获取子模块，用于计算每种自适应调制编码模式下的平均比特互信息MMIB，所述自适应调制编码模式下的MMIB是指每个资源块RB所占用的子载波的MIB的平均值；

误块率获取子模块，用于依据MMIB值计算每种调制编码模式MCS模式下信道码块的误块率BLER计算公式如下：

其中，a和c是调整参数，所述a和c的数值是基于对高斯白信道信道非线性拟 合得到，以不同MCS模式保存的；b表示每个子载波所成承载的比特数；C_R表示信道编码码率，MMIB(b,C_R)表示在调制编码模式(b,C_R)下，平均比特互信息；和

丢包率和传输时延获取子模块，用于依据每种调制编码方式下的BLER、信道速率、应用层编码参数，预测每个H.264/AVC编码的视频包丢包率PER和端到端的传输时延；

所述丢包率和传输时延获取子模块具体采用下式计算丢包率：

H.264/AVC编码的视频数据以片为单位进行源端编码，根据H.264/AVC视频编码原理片ξ_m,i的视频包长L_m,i(QP_m,i)是由编码量化参数QP_m,i的函数；当片ξ_m,i的视频包达到MAC层以后在MAC层划分成若干信道传输码块，因此片ξ_m,i所对应视频包的丢包率由以下公式表达，

其中，L_B是片ξ_m,i所组成码块的数量，B是码块的英文首字母，所述“”操作表示取整；表示第l_B个信道码块的误块率，l_B表示信道码块的角标；S_B为信道码块的长度；设传输视频帧数为M帧，每个视频帧被分成I个片，m,1≤m≤M是视频帧帧数，i，i＝1,2,…,I是片数。

6.根据权利要求5所述的MIMO OFDM系统中具有端到端QoS保证的视频传输系统，其特征在于，所述第二处理模块进一步包含：

片端到端失真计算子模块，用于将视频量化步长QP_m,i和调制编码模式MCS_m,i组成传输参数组合v_m,i＝(QP_m,i,MCS_m,i)，并计算视频帧m的第i个片的端到端失真；

第一筛选子模块，用于将传输参数组合v_m,i＝(QP_m,i,MCS_m,i)中传输时延大于最大允许传输时延的组合剔除掉，剩余的传输参数组合作为备选集合；

第二筛选子模块，从所述备选集合中选择使得端到端的视频失真期望值最小的传输参数组合作为最优化传输参数组合；和

决策输出子模块，用于将最优化参数组合对应的各参数配置到不同的协议层中进行视频内容的传输。