CN105376587B - 基于rcm编码矩阵权重不等分配的视频传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RCM编码矩阵权重不等分配的无线视频传输方法。包括：构造具有UEP性能的RCM矩阵；提取信源端用H.264进行编码的视频中的I帧、P帧和B帧；对I帧、P帧和B帧进行比特划分；根据比特划分结果，分别取I帧、P帧和B帧中的比特组成数据包，对比特流进行重组；采用具有UEP性能的RCM矩阵对重组的比特流进行编码，使I帧、P帧和B帧的比特流获得合理的UEP保护效果，提高接收端的用户视觉体验。本发明通过设计具有UEP性能的无速率编码RCM为视频中对视频质量影响依次减弱的I帧、P帧和B帧的视频流分配依次减小的权重值，实现了H.264视频在不同的信道条件下的平滑质量传输。

Description

基于RCM编码矩阵权重不等分配的视频传输方法
技术领域
本发明属于无线视频传输技术领域，更具体地，涉及一种基于RCM编码矩阵权重不等分配的视频传输方法。
背景技术
近几年来，移动通信网络迅猛发展，根据Cisco Visual Networking Index，从2012到2017，全球移动数据流量预计将增加13倍，其中的视频流量也将从2012年的57％增长到2017年的69％。尽管4G技术提供了比较充裕的带宽，但是视频传输仍然会受到开放性无线信道的干扰。当前的H.264/AVC视频编码是基于压缩比最大的预测编码和熵编码，这决定了其对数据错误或者丢失非常敏感。研究表明，在丢包率超过1％的情况下，无论是H.264/AVC还是SVC层编码视频都会导致视频重建质量“跳水式”急剧下降而无法观看。为了提高视频传输的质量，需要结合视频信源的特性，通过有效的传输技术，降低传输错误对重建视频质量的影响。
结合分层视频编码的不等保护(UEP，Unequal Error Protection)传输技术可以有效提高无线视频传输质量。不等保护传输技术利用压缩视频码流中不同类型的帧对重建视频质量的重要性的不同，合理分配传输资源，为码流中对重建视频质量影响较大的部分提供更多保护，降低码流中重要部分的误码率，改善解码端的重建视频质量。现有的UEP方法不能实现信道条件变化时视频质量的平滑传输，因此不能较好地适应时变的无线环境。近年来，国内外的学者通过采用未编码的原始视频进行模拟传输，实现接收端的平滑质量视频重建。牺牲了视频源的压缩比，极大地增加了视频流的大小，传输时需要占用更大的带宽。更重要的是，这类方法无法和现有的传输协议兼容，这会对空中接口以及移动客户端产生影响，使得系统结构更加复杂，应用难度很大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于RCM编码矩阵权重不等分配的视频传输方法，实现H.264等编码视频在时变信道环境下的平滑质量传输。
为实现上述目的，本发明提供了一种视频传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)构造具有UEP性能的RCM矩阵；
(2)提取信源端用H.264进行编码的视频中的I帧、P帧和B帧；
(3)对I帧、P帧和B帧进行比特划分；
(4)根据比特划分结果，分别取I帧、P帧和B帧中的比特组成数据包，对比特流进行重组；
(5)根据步骤(1)构造的具有UEP性能的RCM矩阵，对重组的比特流进行编码，使I帧、P帧和B帧的比特流获得合理的UEP保护效果，从而使接收端的用户视觉体验达到最优。
优选地，所述步骤(1)进一步包括如下步骤：
(A1)预设RCM矩阵的规模为M×N，I帧对应M×N1阶矩阵子块，P帧对应M×N2阶矩阵子块，B帧对应M×N3阶矩阵子块，N＝N1+N2+N3；
(A2)根据M×N1阶矩阵子块、M×N2阶矩阵子块和M×N3阶矩阵子块需要交换的权重能量，得到权重交换后，M×N1阶矩阵子块与M×N2阶矩阵子块的权重之差ΔMC＝wrMIB-wrCIB，以及M×N2阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重之差ΔCL＝wrCIB-wrLIB，其中，wrMIB为权重交换后M×N1阶矩阵子块的平均权重，wrCIB为权重交换后M×N2阶矩阵子块的平均权重，wrLIB为权重交换后M×N3阶矩阵子块的平均权重；
(A3)根据ΔMC和ΔCL，计算M×N1阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重交换概率PMIB，以及M×N2阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重交换概率PCIB；
(A4)根据PMIB和PCIB重新设置M×N1阶矩阵子块、M×N2阶矩阵子块和M×N3阶矩阵子块的权重，构造出具有UEP性能的RCM矩阵。
优选地，所述步骤(3)中，I帧以N1个比特为一组，P帧以N2个比特为一组，B帧以N3个比特为一组。
优选地，所述步骤(4)中，分别取I帧中的N1个比特，P帧中的N2个比特，以及B帧中的N3个比特组成N个比特的数据包。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：通过构造无速率码RCM编码矩阵，为视频中重要性依次减弱的I帧、P帧和B帧的视频流分配依次减小的编码权重值，在不引入额外计算量的条件下实现了H.264等编码视频的UEP以及平滑质量传输。
附图说明
图1是本发明的视频传输系统的结构框图；
图2是本发明实施例的基于RCM编码矩阵权重不等分配的视频传输方法流程图；
图3是I帧、P帧和B帧的比特流在一个数据包中的分布示意图；
图4是具有UEP性能的RCM矩阵的权重交换示意图；
图5是UEP矩阵权重分布示意图(以权值集合±1、±2、±4、±4为例)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
速率兼容调制(Rate Compatible Modulation，RCM)通过对输入比特进行加权求和的方式进行随机映射编码，解码复杂度相对于其他多进制无速率码有明显优势，其能编码生成任意个数的编码符号，那么任意信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)下都会对应无限可能的解码概率，也就是说，RCM可以实现任意概率的解码，使解码概率平滑连续。为此，本发明通过结合RCM和UEP的思想，在不改变现有视频编码结构框架的前提下实现视频质量的平滑传输。
如图1所示，视频通过H.264进行压缩编码，生成I帧、P帧和B帧比特流，并对其进行无速率码的编码调制，经UEP保护后进行发送传输，接收端则先通过信道估计得到相关参数后进行解码解调并重建原始视频。本发明的基于RCM矩阵权重不等分配的视频传输方法的基本策略是根据视频帧重要性的差异，使用RCM校验矩阵中的大权重值对最重要的I帧比特流进行编码保护，使用RCM校验矩阵中的较大权重值对次重要的P帧比特流进行编码保护，而使用RCM校验矩阵中的小权重值对最不重要的B帧比特流进行编码。在矩阵权重分配的过程中，同时考虑权重值的合理分配问题，即对I的保护力度不能过强，对B帧的保护也不能太弱。
如图2所示，本发明实施例的基于RCM编码矩阵权重不等分配的视频传输方法主要包括如下步骤：
(1)构造具有UEP性能的RCM矩阵。
传统的无速率码是一种均等保护(Equal Error Protection，EEP)码，通过调整无速率码的编码矩阵结构，即可构造出具有UEP性能的RCM矩阵。
图3为需要编码的数据包的比特流，N1、N2和N3依次为I帧、P帧和B帧在比特总数为N的数据包中占据的比特数，我们用M×N阶矩阵对其进行编码。首先在M×N1阶矩阵子块设置权重±4，M×N2阶矩阵子块设置权重±1或±4，M×N3阶矩阵子块设置权重±1、±2或±4。现通过以概率计算的方式，使M×N1阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块发生概率为PMIB的权重交换，即M×N1阶矩阵子块中的±4有可能以PMIB的概率与M×N3阶矩阵子块中的±1或±2发生权重交换，交换1个权重；使M×N2阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块发生概率为PCIB的权重交换，即M×N2阶矩阵子块中的±4有可能以PCIB的概率与M×N3阶矩阵子块中的±1或±2发生权重交换，交换1个权重。
图4给出了具有UEP性能的RCM矩阵的权重交换示意图。设权重交换后，M×N1阶矩阵子块的平均权重值为wrMIB，M×N2阶矩阵子块的平均权重值为wrCIB，M×N3阶矩阵子块的平均权重值为wrLIB，M×N1阶矩阵子块与M×N2阶矩阵子块的权重之差可表示为：
ΔMC＝wrMIB-wrCIB (1)
其中，M×N1阶矩阵子块的平均权重值wrMIB表示如下：
同理，M×N2阶矩阵子块的平均权重值wrCIB表示如下：
那么，把式(2)和式(3)代入式(1)中即可得到关于M×N1阶矩阵子块与M×N2阶矩阵子块的权重差ΔMC。另外，发生权重交换后，M×N2阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重之差可表示为：
ΔCL＝wrCIB-wrLIB (4)
其中，M×N3阶矩阵子块的平均权重值wrLIB可以表示如下：
那么，把式(5)和式(3)代入式(4)中即可得到关于M×N2阶矩阵子块和M×N3阶矩阵子块的权重差ΔCL。
在构造概率UEP矩阵的时候，需要事先对三个矩阵子块需要交换的权重能量作一个合理的预估，确定了ΔMC和ΔCL后，就可以通过式(1)和式(4)进一步求出M×N1阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重交换概率PMIB，以及M×N2阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重交换概率PCIB。当计算得到PMIB和PCIB后，就能根据交换概率重新设置三个矩阵子块的权重值，构造出具有UEP性能的RCM矩阵，如图5所示，从而确定对不同比特集的合理UEP保护力度。
(2)提取信源端用H.264进行编码的视频中的I帧、P帧和B帧；
(3)对I帧、P帧和B帧进行比特划分，其中，I帧以N1个比特为一组，P帧以N2个比特为一组，B帧以N3个比特为一组；
(4)分别取I帧、P帧和B帧中的N1、N2和N3个比特组成N个比特的数据包，对比特流进行重组，其中，N＝N1+N2+N3；
(5)根据步骤(1)构造的具有UEP性能的RCM矩阵，对重组的比特流进行编码，使I帧、P帧和B帧的比特流获得合理的UEP保护效果，从而提高接收端的用户视觉体验。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种视频传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)构造具有UEP性能的RCM矩阵；
(2)提取信源端用H.264进行编码的视频中的I帧、P帧和B帧；
(3)对I帧、P帧和B帧进行比特划分；
(4)根据比特划分结果，分别取I帧、P帧和B帧中的比特组成数据包，对比特流进行重组；
(5)根据步骤(1)构造的具有UEP性能的RCM矩阵，对重组的比特流进行编码，使I帧、P帧和B帧的比特流获得合理的UEP保护效果，从而提高接收端的用户视觉体验；
其中，步骤(1)进一步包括如下步骤：
(A1)预设RCM矩阵的规模为M×N，I帧对应M×N1阶矩阵子块，P帧对应M×N2阶矩阵子块，B帧对应M×N3阶矩阵子块，N＝N1+N2+N3；
(A2)根据M×N1阶矩阵子块、M×N2阶矩阵子块和M×N3阶矩阵子块需要交换的权重能量，得到权重交换后，M×N1阶矩阵子块与M×N2阶矩阵子块的权重之差ΔMC＝wrMIB-wrCIB，以及M×N2阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重之差ΔCL＝wrCIB-wrLIB，其中，wrMIB为权重交换后M×N1阶矩阵子块的平均权重，wrCIB为权重交换后M×N2阶矩阵子块的平均权重，wrLIB为权重交换后M×N3阶矩阵子块的平均权重；
(A3)根据ΔMC和ΔCL，计算M×N1阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重交换概率PMIB，以及M×N2阶矩阵子块与M×N3阶矩阵子块的权重交换概率PCIB；
(A4)根据PMIB和PCIB重新设置M×N1阶矩阵子块、M×N2阶矩阵子块和M×N3阶矩阵子块的权重，构造出具有UEP性能的RCM矩阵。
2.如权利要求1所述的视频传输方法，其特征在于，步骤(3)中，I帧以N1个比特为一组，P帧以N2个比特为一组，B帧以N3个比特为一组。
3.如权利要求2所述的视频传输方法，其特征在于，步骤(4)中，分别取I帧中的N1个比特，P帧中的N2个比特，以及B帧中的N3个比特组成N个比特的数据包。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108063648B (zh) * 2017-11-21 2021-02-12 华中科技大学 一种采用速率兼容调制rcm的系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1650638A (zh) * 2002-05-01 2005-08-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 利用数据划分和不相等错误保护的、用于无线局域网的能恢复错误的视频传输系统
CN102195759A (zh) * 2010-03-19 2011-09-21 上海贝尔股份有限公司 宽带lte-a系统上的可分级视频传输方法
CN103795996A (zh) * 2012-11-01 2014-05-14 上海贝尔股份有限公司 3d视频传递方法和设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8806288B2 (en) * 2009-03-13 2014-08-12 Sharp Laboratories Of America, Inc. Systems and methods for providing unequal error protection code design from probabilistically fixed composition codes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1650638A (zh) * 2002-05-01 2005-08-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 利用数据划分和不相等错误保护的、用于无线局域网的能恢复错误的视频传输系统
CN102195759A (zh) * 2010-03-19 2011-09-21 上海贝尔股份有限公司 宽带lte-a系统上的可分级视频传输方法
CN103795996A (zh) * 2012-11-01 2014-05-14 上海贝尔股份有限公司 3d视频传递方法和设备

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