基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法及系統(tǒng)，所述方法的步驟包括：獲取同時(shí)上傳或者同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)；對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行共享基準(zhǔn)幀的空間域壓縮；在OFDM調(diào)制方式下對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行無比率編碼，并執(zhí)行信道信源匹配后，通過無線信道發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。本發(fā)明利用數(shù)據(jù)冗余，通過利用局部范圍內(nèi)用戶視頻流的相似度，對(duì)無線視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的壓縮，在保障視頻質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的情況下，提高了視頻流傳輸效率。
【專利說明】基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，移動(dòng)視頻傳輸正在成為無線通信的主要網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。根據(jù)思科(Cisco)視頻報(bào)表，點(diǎn)播視頻的網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載將在2015年增至現(xiàn)在的三倍。然而，因?yàn)闊o線信道狀況極其不穩(wěn)定，移動(dòng)視頻流的質(zhì)量很不理想。這個(gè)問題吸引了大量的研究興趣，其目的是提高移動(dòng)視頻傳輸?shù)男阅?。?dāng)下最前沿的文獻(xiàn)提出了改善移動(dòng)視頻傳輸?shù)膸追N新技術(shù)。這些方案的基本思想是通過解決高度數(shù)據(jù)冗余，實(shí)現(xiàn)較為優(yōu)質(zhì)的視頻傳輸效果。
[0003]如今，MU-MMO (多用戶多輸入多輸出)系統(tǒng)可以支持多用戶同時(shí)上傳/下載視頻。然而，幾乎沒有現(xiàn)有技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在MU-MMO的WLAN (無線局域網(wǎng)絡(luò))實(shí)現(xiàn)較為理想的視頻傳輸性能。主要的原因是由于高度的數(shù)據(jù)冗余可導(dǎo)致數(shù)據(jù)包沖突和丟包的概率增加，以至于限制了傳輸性能。
[0004]在日常生活中，用戶經(jīng)常會(huì)遇到如下兩種很差的無線視頻體驗(yàn)。一是在某些體育盛會(huì)(如:世界杯)，很多人一起看相同的視頻節(jié)目，從而導(dǎo)致了很多人的視頻流會(huì)卡在某些畫面，使得多人同時(shí)的視頻流下載用戶體驗(yàn)極差。二是當(dāng)用戶在上傳拍攝的有趣事件的同時(shí)，其他在附近的人也會(huì)同時(shí)上傳幾乎相同的內(nèi)容的視頻流。這使得多人同時(shí)的視頻流上傳用戶體驗(yàn)極差。幾乎沒有現(xiàn)有的辦法可以解決這兩個(gè)經(jīng)常發(fā)生在人們?nèi)粘Ｉ钪械膯栴}。這促使技術(shù)人員去設(shè)計(jì)出基于MU-MMO的、更為高效的、可多人同時(shí)上傳/下載的視頻傳輸方案。另外，現(xiàn)在大多數(shù)的移動(dòng)設(shè)備可以拍攝高清晰度(HD )視頻，以及許多近期發(fā)布的專業(yè)相機(jī)都支持W1-Fi。這種高清視頻流的無線傳輸會(huì)帶來更重的無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，更使得實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)有效的方案顯得迫在眉睫。
[0005]當(dāng)下的多人同時(shí)視頻上傳/下載的MU-MIMO的無線傳輸?shù)男阅茈y以改善,其困難主要為如下兩點(diǎn):1)經(jīng)常改變無線信道狀況；2)共享帶寬。視頻編解碼器是專門設(shè)計(jì)為在一個(gè)相對(duì)固定的比特率工作，這個(gè)固定的比特率是根據(jù)當(dāng)前信道條件的估算。然而，根據(jù)所測量的信道條件來調(diào)節(jié)比特率這種方法是不實(shí)際的。關(guān)鍵原因是，由于無線鏈路變化頻繁，無法得到的瞬時(shí)信道質(zhì)量的信息。此外，由于共享帶寬，多人同時(shí)上載/下載高清視頻與高度的數(shù)據(jù)冗余會(huì)帶來更重的工作量，并導(dǎo)致沖突或丟包的概率很高。簡而言之，在不斷波動(dòng)的信道條件下，如何高效的實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)視頻上傳/下載是主要的困難。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服上述所指的現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供一種基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法及系統(tǒng)，以對(duì)多人同時(shí)上傳/下載的視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的壓縮，在基本不影響視頻傳輸質(zhì)量的前提下，提高傳輸效率。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的: 一種基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其步驟包括:
51、獲取同時(shí)上傳或者同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)；
52、對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行共享基準(zhǔn)幀的空間域壓縮；
53、在OFDM調(diào)制方式下對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行無比率編碼，并執(zhí)行信道信源匹配后，通過無線信道發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。
[0008]進(jìn)一步地，在步驟S2中，所述相似度分析是對(duì)若干股視頻流的同一時(shí)間點(diǎn)的圖像幀進(jìn)行相似度分析。
[0009]較佳地，在步驟S2中，對(duì)圖像幀的相似度分析采用平均絕對(duì)差計(jì)算方式。
[0010]應(yīng)用于多用戶同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)，所述步驟S2包括:
S 21、發(fā)射端將同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)傳輸至接收端；
S 22、接收端對(duì)視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析；
S 23、當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則終止空間域壓縮；
S24、各發(fā)射端接收基準(zhǔn)幀，基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，接收端繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析。
[0011]應(yīng)用于多用戶同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)，所述步驟S2包括:
S 21、發(fā)射端對(duì)同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分
析；
S 22、當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，發(fā)射端向各接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，并基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，否則終止空間域壓縮；
S23、發(fā)射端繼續(xù)對(duì)下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析。
[0012]優(yōu)選地，在步驟S2中，所述預(yù)設(shè)閥值設(shè)置為50%?70%。
[0013]本發(fā)明還公開了一種無線視頻傳輸系統(tǒng)，包括:
數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取同時(shí)上傳或者同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)壓縮模塊，用于對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行共享基準(zhǔn)幀的空間域壓縮；
數(shù)據(jù)調(diào)制模塊，用于在OFDM調(diào)制方式下對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行無比率編碼，并執(zhí)行信道信源匹配；
數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于通過無線信道發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。
[0014]所述數(shù)據(jù)壓縮模塊用于對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析是對(duì)若干股視頻流的同一時(shí)間點(diǎn)的圖像幀進(jìn)行相似度分析。
[0015]應(yīng)用于多用戶同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊包括:
相似度分析單元，用于接收端對(duì)同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則啟動(dòng)終止單元；
壓縮單元，用于各發(fā)射端接收基準(zhǔn)幀，基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，通過相似度分析單元繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析； 終止單元，用于終止空間域壓縮。
[0016]應(yīng)用于多用戶同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊包括:
相似度分析單元，用于發(fā)射端對(duì)同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，發(fā)射端向各接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則啟動(dòng)終止單元；
壓縮單元，用于發(fā)射端基于基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，通過相似度分析單元繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析；
終止單元，用于終止空間域壓縮。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出了一種高效的，基于多用戶多輸入多輸出(MU-MMO)，用來支持多人同時(shí)視頻上傳/下載的跨層無線傳輸設(shè)計(jì)，主要利用無線信道的頻率分集(frequency diversity)和局部空間內(nèi)用戶瀏覽視頻流的相似性為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。為了更進(jìn)一步提高效率，利用數(shù)據(jù)冗余(即在同一局部區(qū)域內(nèi)，同時(shí)段用戶所下載或上傳的視頻流具有很高的相似度)，除了關(guān)注視頻傳輸過程，同時(shí)分析和關(guān)注客戶行為。由于在特定的區(qū)域，大多數(shù)人同時(shí)上載/下載的視頻流具有很高的相似度，因此通過利用局部范圍內(nèi)用戶視頻流的相似度，對(duì)無線視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的壓縮。在保障視頻質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的情況下，提高了視頻流傳輸效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖；
附圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的空間域壓縮的實(shí)現(xiàn)流程示意圖；
附圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的接收端解碼流程示意圖；
附圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0020]一種基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，如附圖1所示，其步驟包括:
5101、獲取同時(shí)上傳或者同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)；
5102、對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行共享基準(zhǔn)幀的空間域壓縮；
5103、在OFDM調(diào)制方式下對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行無比率編碼；
5104、執(zhí)行信道信源匹配；
5105、通過無線信道發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。
[0021]其中，所述無線視頻傳輸方法主要包含三部分，即空間域相似度壓縮、無比率編碼、信源信道匹配。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，該無線視頻傳輸方法還包括:S106、接收端反饋信道條件。在無比率編碼和信道信源匹配過程中，視頻流數(shù)據(jù)的發(fā)射端得到接收端的信道信息反饋。
[0022]本發(fā)明的方法是一種基于多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)技術(shù)的高效無線視頻傳輸設(shè)計(jì)，其目的是提高多用戶同時(shí)上傳/下載視頻傳輸質(zhì)量和效率，利用了局部范圍內(nèi)(比如局域網(wǎng)內(nèi))用戶視頻流相似度和正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)的頻率分集(FrequencyDiversity)，對(duì)無線視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行了合理的壓縮和無比率編碼。從而在保證視頻流質(zhì)量的前提下，降低了傳輸?shù)娜哂嘈?，進(jìn)而減少了無線路由器在多人同時(shí)上傳/下載視頻流時(shí)的調(diào)度代價(jià)，從而提高了多人上傳/下載的視頻流傳輸效率。
[0023]在步驟SlOl中，列舉了本方法的兩種實(shí)施環(huán)境，一是在多用戶同時(shí)上傳視頻流的情況，二是獲取在多用戶同時(shí)下載視頻流的情況，在以上兩種實(shí)施環(huán)境中，所應(yīng)用的本發(fā)明的無線視頻傳輸原理是基本相同的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，主要地是以多用戶同時(shí)上傳視頻流的情況作為示例。
[0024]由于在同一局部區(qū)域內(nèi)，同時(shí)段用戶所下載或上傳的視頻流具有很高的相似度，因此，為了更進(jìn)一步提高效率，利用數(shù)據(jù)冗余，除了關(guān)注視頻傳輸過程，本發(fā)明也對(duì)客戶行為進(jìn)行了分析和關(guān)注，對(duì)多人同時(shí)上傳/下載的視頻流進(jìn)行空間域相似度壓縮，通過充分利用空間域的相似度，進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)。
[0025]在步驟S102中，對(duì)多股同時(shí)上傳/下載的視頻流進(jìn)行相似度匹配，若該多股視頻流相似度達(dá)到一預(yù)設(shè)閥值，則可采用空間域壓縮。以多人同時(shí)上傳視頻流為例，在首次進(jìn)行空間域壓縮前，接收端(即無線路由器)首先根據(jù)在某一較短的時(shí)間段內(nèi)同時(shí)上傳的視頻流的相似度進(jìn)行判定。所述相似度分析是對(duì)若干股視頻流的同一時(shí)間點(diǎn)的圖像幀進(jìn)行相似度分析，判定過程是通過計(jì)算多股視頻流同一時(shí)間的圖像幀相似度。優(yōu)選地，采用計(jì)算平均絕對(duì)差(Mean Absolute Difference)進(jìn)行圖像巾貞的相似度分析。優(yōu)選地,所述步驟S102中的預(yù)設(shè)閥值設(shè)置為50%?70%，較佳地，可設(shè)置為60%。當(dāng)該若干股視頻流的相似度大于等于60%，則滿足壓縮條件，接收端廣播反饋回一幀共同分享的基準(zhǔn)幀(1-frame);各發(fā)射端接收后，以此幀圖像為基準(zhǔn)，計(jì)算及上傳基于此幀的后續(xù)變換幀圖像(包含P幀、B幀等)，并生成下一組圖像組GOP (group of picture)(包含P巾貞、B巾貞等)。之后無線路由器通過分析后續(xù)GOP中1-frame的相似度來判定是否繼續(xù)反饋公共基準(zhǔn)幀，若相似度小于預(yù)設(shè)閾值，則可終止空間域壓縮。比如，如果后續(xù)分析的GOP中1-frame的相似度大于60%，則依舊反饋公共基準(zhǔn)幀，然后進(jìn)行空間域壓縮；反之，即相似度小于60%時(shí)，則不反饋公共基準(zhǔn)幀，也不進(jìn)行空間域壓縮。在后續(xù)的圖像組GOP傳輸過程中，所有上傳用戶基于共同分享的基準(zhǔn)幀來發(fā)送后續(xù)的變換幀圖像(包含P幀、B幀等)。
[0026]對(duì)于同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)，所述發(fā)射端為各用戶端，接收端為路由器，其空間域壓縮的實(shí)現(xiàn)流程如附圖2所示，其步驟包括:
S 201、發(fā)射端將同時(shí)上傳的多股視頻流數(shù)據(jù)傳輸至接收端；
S 202、接收端對(duì)視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析；
S 203、判斷相似度分析結(jié)果是否大于或等于預(yù)設(shè)閥值，若是，執(zhí)行步驟S204，否則，執(zhí)行步驟S208 ；
5204、接收端廣播反饋當(dāng)前幀作為共有的基準(zhǔn)幀；
5205、各發(fā)射端接收該基準(zhǔn)幀，基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及上傳各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組；
5206、對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析；
S 207、判斷相似度分析結(jié)果是否大于或等于預(yù)設(shè)閥值，若是，返回步驟S204，否則，執(zhí)行步驟S208 ；
S208、終止空間域壓縮。
[0027]本方法應(yīng)用于同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)時(shí)，所述發(fā)射端為路由器，接收端為各用戶端，其空間域壓縮的實(shí)現(xiàn)流程與多用戶同時(shí)上傳視頻流數(shù)據(jù)相似，其步驟包括:
S 211、發(fā)射端對(duì)同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析；
S 212、當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，發(fā)射端向所有接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，并基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流的后續(xù)幀，生成下一圖像組，否則終止空間域壓縮；
5213、對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析；
5214、當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，繼續(xù)廣播該I幀作為共有的基準(zhǔn)幀，發(fā)射端生成基于該基準(zhǔn)幀的后續(xù)幀下發(fā)，并生成下一圖像組，返回步驟S213，否則終止空間域壓縮。
[0028]在上述空間域壓縮的過程中，各接收端接收基準(zhǔn)幀，基于接收到的基準(zhǔn)幀，再根據(jù)各自收到的后續(xù)幀信息對(duì)接收到的視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。
[0029]進(jìn)一步地，在步驟S103中，在OFDM調(diào)制方式下利用頻率分集改善了無比率編碼傳輸冗余性，同時(shí)采用信道信源匹配編碼。為了應(yīng)對(duì)頻繁變化的信道條件，本發(fā)明采用無比率碼，以確保發(fā)射端以一個(gè)相對(duì)固定的比特率發(fā)送視頻流。然而，當(dāng)下最好的無比率碼(即脊柱碼spinal codes),不能直接應(yīng)用在當(dāng)下無線OFDM (正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中,這是因?yàn)榧怪a無法利用頻率分集，從而無法根據(jù)不同子載波狀況來調(diào)節(jié)傳輸?shù)男?。根?jù)實(shí)驗(yàn)觀察，由于頻率選擇性衰落，接收端上每個(gè)子載波的解碼能力各不相同。因此，可以通過利用頻率分集實(shí)現(xiàn)更高的信道容量，可以通過修改脊柱碼，提出改進(jìn)的細(xì)粒度脊柱碼(F-spinal)。
[0030]基于F-spinal的無比率編碼，其視頻流編碼具體分為離散余弦變換(DiscreteCosine Transform),量化分級(jí)(Quantization)以及本發(fā)明提出的F-spinal無比率編碼。前兩個(gè)步驟是標(biāo)準(zhǔn)的MPEG4視頻編碼格式操作，因此不再贅述。在此將傳統(tǒng)MPEG4視頻編碼格式的第三步，即壓縮(Compression),用本實(shí)施例的F-spinal無比率編碼替代。而F-spinal無比率編碼是基于脊柱碼(spinal code)改進(jìn)而來。傳統(tǒng)的spinal code并沒有考慮OFDM的頻率分集特性，它直接將視頻幀一個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)流并行傳輸在所有OFDM子信道上。這樣的話，在這個(gè)區(qū)塊的信息被完全成功解碼之前，所有子信道都在持續(xù)傳輸。在這個(gè)過程中，信道條件較好的有較高解碼率的子信道則會(huì)不停的傳輸已經(jīng)成功解碼的冗余信息，因此信道的整體利用率較低?；贠FDM特有的頻率分集特點(diǎn)，在此提出的改進(jìn)版的F-spinal采用子信道獨(dú)立編碼傳輸。具體做法就是將每個(gè)區(qū)塊的信息放在某個(gè)特定的子信道上傳輸，這樣每個(gè)子信道上傳輸?shù)膬?nèi)容就是相對(duì)獨(dú)立的，即每個(gè)子信道解碼不需要依靠其他子信道的解碼信息。這樣信道條件好，解碼率高的子信道完成解碼后，就可以在這種子信道上傳輸新的區(qū)塊信息。
[0031]相比于傳統(tǒng)無比率編碼不需要發(fā)射端知道信道狀況，本發(fā)明的F-spinal則需要接收端反饋哪些子信道已經(jīng)成功完成當(dāng)下信息傳輸，可以發(fā)射新的區(qū)塊信息。鑒于此，本實(shí)施例提出了微反饋機(jī)制(Micro-ACK)。具體做法就是，在發(fā)射端每完成一輪信息傳輸。接收端會(huì)反饋給發(fā)射端一個(gè)字符(symbol)的信息,而不是發(fā)送一個(gè)傳統(tǒng)較大的acknowledge包反饋。這個(gè)字符由N個(gè)bit組成，N表示當(dāng)前傳輸所用的子信道個(gè)數(shù)。其中每個(gè)bit，采用BPSK的調(diào)制方式，I代表這個(gè)子信道已經(jīng)成功解碼這一輪信息解碼，O代表未能正確解碼。通過這個(gè)極為輕量級(jí)的信道條件反饋，從而可以滿足發(fā)射端對(duì)于不同信道狀況的子信道進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)包調(diào)度傳輸(比如讓高解碼率的子信道傳輸新的區(qū)塊信息，低解碼率的子信道仍舊傳輸之前未能解碼信息)。
[0032]進(jìn)一步地，只通過根據(jù)頻率分集的無比率碼并不能保證優(yōu)質(zhì)的無線視頻傳輸性能。這是因?yàn)樵跓o比率編碼中，所有數(shù)據(jù)比特會(huì)被賦予同樣的重要性級(jí)別，然而，一個(gè)視頻幀的每個(gè)區(qū)塊(chunk)的所包含的視頻信息分布并不是均勻的，鑒于此，不能把每個(gè)區(qū)塊以同等重要性來發(fā)射。因此在步驟S104中的信源和信道匹配過程，該信源信道匹配設(shè)計(jì)是基于這樣一個(gè)事實(shí):子通道的狀態(tài)和信源每個(gè)區(qū)塊所攜帶的視頻信息都是非均勻分布的。如果用更可靠的子信道來傳輸信息含量高的區(qū)塊，使用信道條件較差的子信道來傳輸信息含量低的區(qū)塊，則可以利用頻率分集來實(shí)現(xiàn)不等錯(cuò)誤保護(hù)(英文簡寫為UEP，即unequal errorprotection)。傳統(tǒng)的方法利用高數(shù)據(jù)冗余來實(shí)現(xiàn)UEP，本發(fā)明則是利用信源信道的相互匹配達(dá)到同樣的目的，無需額外的冗余信息傳輸，而是利用F-spinal編碼獲得的微反饋(MiciO-ACK)信息，來估計(jì)信道狀況。具體做法是，根據(jù)連續(xù)的m輪傳輸?shù)玫降腗icro - ACK信息，將每個(gè)子信道的m個(gè)bit的值疊加，然后由高到低排序(因?yàn)镮代表成功解碼，O代表未成功解碼。所以一段時(shí)間內(nèi)，I越多代表子信道條件越好的幾率越大)，這樣完成了信道條件由好到差的估計(jì)。對(duì)于圖像幀的區(qū)塊對(duì)還原畫面的重要性分析。通過計(jì)算均方誤差MeanSquared Error (MSE)和利用F-spinal編碼所計(jì)算的DCT系數(shù)來衡量。MSE表示該區(qū)塊對(duì)這個(gè)圖像組GOP的影響，DCT系數(shù)表示該區(qū)塊對(duì)當(dāng)前畫面幀的影響。具體做法就是將要同時(shí)傳輸?shù)拿總€(gè)圖像幀區(qū)塊的MSE和DCT系數(shù)相乘，得到結(jié)果從高到底排序，越高代表該區(qū)塊越重要，這樣就完成了圖像幀區(qū)塊的重要性分析。然后用好的子信道傳輸重要的區(qū)塊信息，從而完成了信源信道匹配過程，若不重要的圖像幀區(qū)塊，在信道條件差的子信道多輪傳輸仍無法正確解碼，則選擇舍棄該部分信息，進(jìn)行后續(xù)傳輸。
[0033]本發(fā)明的空間域相似性壓縮與F-spinal編碼、信源信道匹配相結(jié)合，在信道條件較差的情況下，相比于傳統(tǒng)方法(如:mpeg4)可以提高視頻質(zhì)量約為5 dB的峰值信噪比PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio)。由于使用了改進(jìn)版脊柱碼,可以在丟包率高達(dá)10%的情況下，仍可保持較為優(yōu)質(zhì)的用戶視頻畫質(zhì)(約32 dB PSNR);在保障視頻質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的情況下，提高了視頻流傳輸效率；相比于傳統(tǒng)視頻編碼方式(如:mpeg4)，可使得網(wǎng)絡(luò)吞吐率可以高達(dá)140% (信噪比SNR小于20 dB)，平均性能為傳統(tǒng)編碼方式的120%。
[0034]如附圖3所示，為接收端的數(shù)據(jù)處理流程圖。其工作流程基本為附圖1的無線視頻傳輸方法的實(shí)現(xiàn)過程的一個(gè)逆過程。在此不再贅述。
[0035]本發(fā)明還公開了一種無線視頻傳輸系統(tǒng)，如附圖4所示，包括:
數(shù)據(jù)獲取模塊41，用于獲取同時(shí)上傳或者同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)壓縮模塊42，用于對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行共享基準(zhǔn)幀的空間域壓縮，所述預(yù)設(shè)閥值可設(shè)置為50%?70%，優(yōu)選地，可設(shè)置為60% ；
數(shù)據(jù)調(diào)制模塊43，用于在OFDM調(diào)制方式下對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行無比率編碼，并執(zhí)行信道信源匹配； 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊44，用于通過無線信道發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。
[0036]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊42用于對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析是對(duì)若干股視頻流的同一時(shí)間點(diǎn)的圖像幀進(jìn)行相似度分析。
[0037]較佳地，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊42對(duì)圖像幀的相似度分析是采用平均絕對(duì)差計(jì)算方式。
[0038]本發(fā)明應(yīng)用于多用戶同時(shí)上傳若干股視頻流數(shù)據(jù)的一種實(shí)施方式中，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊42包括:
相似度分析單元，用于接收端對(duì)同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則啟動(dòng)終止單元；
壓縮單元，用于各發(fā)射端接收基準(zhǔn)幀，基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，通過相似度分析單元繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析；終止單元，用于終止空間域壓縮。
[0039]本發(fā)明應(yīng)用于多用戶同時(shí)下載若干股視頻流數(shù)據(jù)的一種實(shí)施方式中，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊42包括:
相似度分析單元，用于發(fā)射端對(duì)同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，發(fā)射端向各接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則啟動(dòng)終止單元；
壓縮單元，用于發(fā)射端基于基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，通過相似度分析單元繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析；
終止單元，用于終止空間域壓縮。
[0040]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不應(yīng)認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于以上說明。對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以作出若干簡單推演或替換，均應(yīng)視為由本發(fā)明所提交的權(quán)利要求確定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其步驟包括: 51、發(fā)射端獲取同時(shí)上傳或者同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)； 52、對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行共享基準(zhǔn)幀的空間域壓縮； 53、在OFDM調(diào)制方式下對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行無比率編碼，并執(zhí)行信道信源匹配后，通過無線信道發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其特征在于:在步驟S2中，所述相似度分析是對(duì)若干股視頻流的同一時(shí)間點(diǎn)的圖像幀進(jìn)行相似度分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其特征在于:在步驟S2中，對(duì)圖像幀的相似度分析采用平均絕對(duì)差計(jì)算方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟S2包括: 521、發(fā)射端將同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)傳輸至接收端； 522、接收端對(duì)視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析； 523、當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則終止空 間域壓縮； 524、各發(fā)射端接收基準(zhǔn)幀，基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，接收端繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其特征在于，所述步驟S2包括: 521、發(fā)射端對(duì)同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析； 522、當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，發(fā)射端向各接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，并基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，否則終止空間域壓縮； 523、發(fā)射端繼續(xù)對(duì)下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法,其特征在于:在步驟S2中，所述預(yù)設(shè)閥值設(shè)置為50%~70%。
7.一種無線視頻傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括: 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取同時(shí)上傳或者同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)壓縮模塊，用于對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行共享基準(zhǔn)幀的空間域壓縮； 數(shù)據(jù)調(diào)制模塊，用于在OFDM調(diào)制方式下對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行無比率編碼，并執(zhí)行信道信源匹配； 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于通過無線信道發(fā)送視頻流數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)壓縮模塊用于對(duì)視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度分析是對(duì)若干股視頻流的同一時(shí)間點(diǎn)的圖像幀進(jìn)行相似度分析。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊包括: 相似度分析單元，用于接收端對(duì)同時(shí)上傳的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則啟動(dòng)終止單元； 壓縮單元，用于各發(fā)射端接收基準(zhǔn)幀，基于該基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，通過相似度分析單元繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析；終止單元，用于終止空間域壓縮。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多用戶輸入輸出的無線視頻傳輸方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)壓縮模塊包括: 相似度分析單元，用于發(fā)射端對(duì)同時(shí)下載的若干股視頻流數(shù)據(jù)在同一時(shí)間點(diǎn)的一圖像幀進(jìn)行相似度分析，當(dāng)相似度分析結(jié)果大于或等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，發(fā)射端向各接收端廣播反饋該圖像幀作為共有的基準(zhǔn)幀，否則啟動(dòng)終止單元； 壓縮單元，用于發(fā)射端基于基準(zhǔn)幀計(jì)算及傳輸各視頻流數(shù)據(jù)的后續(xù)幀，并生成下一圖像組，通過相似度分析單元繼續(xù)對(duì)該下一圖像組的I幀進(jìn)行相似度分析； 終止單元，用于終止空間域壓縮。
【文檔編號(hào)】H04N21/2383GK103974070SQ201410170231
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】王冠華, 伍楷舜, 倪明選 申請(qǐng)人:廣州市香港科大霍英東研究院