[发明专利]混合无线环境下视频传输的能量控制系统

权利要求书

1.一种混合无线环境下视频传输的能量控制系统，包括：发射端和接收端，其特征在于，

接收端接收视频流数据，根据接收到的视频流数据生成信道反馈信息，并将信道反馈信息发回发送端，信道反馈信息包括当前信道的平均丢包率和特定数据包是否丢失；

发送端根据信道反馈信息调整发送参数，在新的发送参数限制下将视频流数据发送给接收端；

其中，发送端包括：信源编码器、信道编码器、调制器、功率放大器和信道反馈及控制单元，其中：

信源编码器负责将原始的视频数据，按照当前编码方式，编码出不同优先级的视频流数据，按打包顺序和当前打包方式进行打包，得到适于传输的视频数据包；

信道编码器负责对要传输的视频数据包增加用于纠错的信道冗余信息，使得在出现信道误码情况下，接收端进行检错和纠错，并把已编码好的数据流发送给调制器；

调制器把信道编码器编好的数据流，进行符号映射；

功率放大器根据当前发射功率和发射时间分配方式，将接收到的已映射符号按照特定的发射功率和发射时间，发射到物理信道上去；

信道反馈及控制单元接收接收端发回的信道反馈信息，通过信道反馈信息获得编码方式、打包顺序、打包方式、发射功率和发射时间分配方式，其中编码方式、打包顺序通过信道反馈的平均丢包率得到，打包方式以及功率放大器的发射功率和发射时间分配方式通过平均丢包率和特定数据包是否丢失综合得到，信道反馈及控制单元将获得的编码方式、打包顺序和打包方式直接传送给信源编码器，将发射功率和发射时间分配方式作为指示信息，通过信源编码器传送给功率放大器；

所述信道反馈及控制单元，根据信道的平均丢包率得到编码方式，并传输给信源编码器，具体是指：

当信道的平均丢包率小于阈值一时，表明信道质量良好，不使能信源编码器中的数据分割可选模块，对原始视频流的一个编码片，统一编码，编码出的视频流数据具有相同的优先级，都为最高优先级，对这些视频流数据按打包顺序送往网络打包器进行打包；

当信道的平均丢包率超过阈值一但小于阈值二时，表明信道质量一般，使能信源编码器中的数据分割可选模块，对原始视频流的一个编码片，进行数据分割，同一个编码片的视频流数据按照H.264编解码标准的语法元素进行分类，获得三种视频码流类型，即码流类型一、码流类型二、码流类型三，三种码流类型在所述接收端重建视频时，重要性依次降低，优先级也依次降低，码流类型一具有最高优先级，如果码流类型一数据包丢失，码流类型二和码流类型三的数据无法单独进行视频重建，必须丢弃；码流类型二或码流类型三的数据丢失，码流类型一获得的数据对视频重建仍有重要的作用，同一编码片的三种码流按照打包顺序送往网络打包器；

当信道的平均丢包率超过阈值二时，表明信道质量较差，使能数据分割可选模块，对原始视频流的一个编码片，进行数据分割，但只保留码流类型一和选择性的保留码流类型二到传送缓存中，丢弃码流类型三，同一编码片的两种码流按照打包顺序送往网络打包器；

所述的阈值一和阈值二分别为0.5％和2％；

所述的打包顺序是指：

如果一个编码片的视频流数据都具有最高优先级，直接送往网络打包器；

如果一个编码片的视频流数据除最高优先级外还有其他优先级，则先传送前一编码片的非最高优先级的视频流数据，再传送当前编码片的最高优先级的视频流数据，当前编码片中非最高优先级的视频流数据于下一次传送；

所述的打包方式是指：

若没有使能信源编码器中的数据分割可选模块时，所有的视频流数据都是最高优先级，不考虑此编码片的特定数据包是否丢失，对所有视频流数据都进行打包；

若使能了信源编码器中的数据分割可选模块，打包方式具体为：

当信道反馈信息中的特定数据包丢失时，表明当前编码片中最高优先级视频流数据已经丢失，所以对同一编码片中的非最高优先级视频流数据不进行打包；

当信道反馈信息中的特定数据包没有丢失时，表明当前编码片中的最高优先级视频流数据已经正确接收，对同一编码片中的非最高优先级视频流数据进行打包，如果当前打包操作中不包含非最高优先级视频流数据，信道反馈及控制单元不进行此操作；

所述的发射功率和发射时间分配方式是指：

当信源编码器输出的视频流数据具有不同优先级时，采用调整当前时隙下功率放大器对每种视频流数据发射时所需的发射功率和发射时间的最优化方法，以达到功率最小化；

当信源编码器输出的视频流数据只有一种优先级时，所有的视频流数据都具有最高优先级，有两种情况产生这种结果：一种是由于信道质量好，没有使能数据分割；另一种是使能了数据分割，但是由于特定数据包的丢失，不再发送同一编码片的非最高优先级视频流数据，只发送下一编码片的最高优先级视频流数据，在第一种情况下，通过降低最小发射功率的限制，使平均的发射功率降低，在第二种情况下，特定数据包丢失，接下来发射的数据相对重要性就提高，所以不降低最小发射功率的限制；

所述的功率最小化是指：在高斯白噪声信道下，对于某个码流k的发射功率可以表示为：

P(Rk)=A·N·(22RkB+1)---(1)]]>

其中：A为天线增益，N为噪声功率，R_k为码流k的传输速率，B为信道带宽，则当前的问题可以简化为问题：

最小化：

最小化条件为：

R_k·t_k＝V_k，1≤k≤n

P_MINk≤P(R_k)≤P_MAX，1≤k≤n

其中：T为当前传输的总时间长度，t_k为码流k所分配到的发射时间，V_k为对于码流k需要传输的数据量，n为不同码流的个数，这里设为3，P_MINk为保证误码率要求下的最低发射功率，P_MAX为保证不影响其他节点或影响人体健康的最大发射功率，对于式(2)，通过Lagrange方法和Kuhn-Tucker条件，来获得最优的解。