[发明专利]一种无线网络环境下的3D医疗视频传输方法

摘要

一种无线网络环境下的3D医疗视频传输方法，通过递归计算得到当前编码QP，当前认证哈西数量，当前MCS模式下的端到端视频失真；通过遍历计算所有QP、认证哈西数量、MCS的组合情况下的端到端失真，选择一种失真最小情况下的QP、认证哈西数量、MCS进行应用层编码和认证，物理层MCS的配置，并传输当前数据包。这种方法可以系统的配置与协调不同参数对认证与容错方面的强度，在当前网络状态下能够最大化3D医疗视频的质量。

主权项

一种无线网络环境下的3D医疗视频传输方法，其特征在于：具体步骤如下：1)、根据无线3D医疗视频的可容错认证哈希数量的选择，应用层视频编码量化参数的选择，LTE下行链路物理层调制与编码模式的选择，通过最小化端到端3D视频失真综合建立得到以下最优的参数：(mhash(d0,...dm-1)opt,QPopt,MCSopt)=argminm∈H,QP∈Q,MCS∈ZD(m,QP,MCS)]]>Subject to T＜Tmax其中mhash(d0,...dm‑1)opt是当前数据包的最优的哈希父节点，QPopt是最优的QP，MCSopt是最优的MCS，H,Q,和Z分别表示候选的哈希父节点集合，QP集合以及MCS模式集合，QP为编码条带的量化参数，MCS为物理层调制与编码模式，Tmax一个数据包传输的最大时延限制，T指数据包的传输时延，可以通过数据包的大小除以物理层传输速率近似得到；2)、设置初始参数QP、minD、maxMCS和maxQP：设置QP＝minQP，minD＝0，maxMCS＝15，maxQP＝45；3)、针对双目采集的3D医疗视频，根据多视点视频编码具有视间预测的编码结构，以QP为量化参数进行编码；4)、对当前数据包设置哈希父节点数据量置为0，即m＝0，并得到当前数据包最大可能的哈希节点数量为maxH，根据公式计算当前第i个数据包的认证成功的概率，其中，当前第i且i<maxH个数据包选择的哈希父节点的数量是m且m<maxH，而第t个父节点距离当前包的距离为dt，认证成功的概率为假定当前数据传输应用层丢包的概率为ρi；5)、设置物理层信道的编码和调制模式MCS＝1；对每一种调制和编码模式h，计算等效的信噪比其中，Nsb代表子载波的数量,γj是第j个子载波的信号与干扰加噪声比，κ(h)为调制和编码模式h下的校正因子，J(x)和J‑1(y)计算如下：J(x)≈-0.04210610x3+0.209252x2-0.00640081x,0<x<1.63631-exp(0.00181491x3-0.142675x2-0.08220540x+0.0549608),x≥1.6363]]>J-1(y)≈1.09542y2+0.214217y+2.33727y,0<y<0.3646-0.706692log(-0.386013(y-1))+1.75017y,0.3646≤y≤1;]]>6)、根据信噪比SNR计算当前数据包的物理层资源丢块率和应用层丢包率：对于选择调制和编码模式为h的资源块的丢块概率计算如下：其中erfc(·)是互补误差函数，而b(h)和c(h)是互补误差函数的过渡中心和过渡宽度，可以通过拟合计算的方式预先得到；对于应用层视频码流第n帧中第i个包的丢包概率其中，Bnum为当前数据包占用的物理层资源块数量；7)、根据编码结构计算失真，失真计算中的丢包率包括认证概率和丢包概率组合的情况，即当前包被成功认证且不丢包的概率为8)、计算当前数据包传输过程中的端到端失真D：D=E[(fni-f~fi)2]=(fni)2-2·fni·E[(f~ni)]+E[(f~ni)2]]]>其中，S为当前第n帧中当前数据包包含的像数个数；如果当前帧属于左视点，则采用传统失真计算方法，利用像素期望递归的方法计算失真，帧内预测编码块的失真计算E[f~n,li]=θn,li·(f~n,li)+(1-θn,li)·θn-1,li·E[f~n-1,lk]+(1-θn,li)·(1-θn-1,li)·E[f~n-1,li];]]>帧间预测的编码块的像数失真计算E[f~n,li]=θn,li·(e^n,li+E[f~n-1,lj])+(1-θn,li)·θn-1,li·E[f~n-1,lk]+(1-θn,li)·(1-θn-1,li)·E[(f~n-1,li)];]]>E[(f~n,li)2]=θn,li·{(e^n,li)2+2e^n,li·E[f~n-1,lj]+E[(f~n-1,lj)2]}+(1-θn,li)·θn-1,li·E[(f~n-1,lk)2]+(1-θn,li)·(1-θn-1,li)·E[(f~n-1,li)2];]]>其中，如果当前帧属于右视点，根据不同的预测关系进行失真计算：对于的计算可以分为以下几种情况：(1)当前像素所在编码采用的是帧内预测，E[f~n,ri]=θn,ri·(f~n,ri)+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[f~n-1,rk]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[f~n-1,ri];]]>(2)当前像素所在编码块采用的是帧间预测，E[f~n,ri]=θn,ri·(e^n,ri+E[f~n-1,rj])+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[f~n-1,rk]+(1+θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)];]]>(3)当前像素所在编码块采用的是视间预测，E[f~n,ri]=θn,ri·(e^n,ri+E[f~n,lj])+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[f~n-1,rk]+(1+θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)];]]>(4)当前像素所在编码块采用的视间预测和帧间预测的加权预测，ω1和ω2分别为加权预测中视间预测和帧间预测的权重，E[f~n,ri]=θn,ri·(e^n,ri+w1·E[f~n-1,ro]+w2·E[f~n,lj])+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[f~n-1,ri]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[f~n-1,rk];]]>(1)当前像素所在编码块采用的是帧内预测(2)当前像素所在编码块采用的是帧间预测，E[(f~n,ri)2]=θn,ri·{(e^n,ri)2+2e^n,ri·E[f~n-1,rj]+E[(f~n-1,rj)2]}+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[(f~n-1,rk)2]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)2]]]>(3)当前像素所在编码块采用的是视间预测E[(f~n,ri)2]=θn,ri·{(e^n,ri)2+2e^n,ri·E[f~n,lj]+E[(f~n,lj)2]}+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[(f~n-1,rk)2]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)2]]]>(4)当前像素所在编码块采用的是视间和帧间的加权预测，E[(f~n,ri)2]=θn,ri·{(e^n,ri)2+2e^n,ri·(w1·E[f~n-1,rj]+w2·E[f~n,lj])+w12·E[(f~n-1,rj)2]+w22E[(f~n,lj)2]+2w1w2E[f~n-1,rj·f~n,lj]}+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[(f~n-1,rk)2]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)2]≈θn,ri·{(e^n,ri)2+2e^n,ri·(w1·E[f~n-1,rj]+w2·E[f~n,lj])+w12·E[(f~n-1,rj)2]+w22E[(f~n,lj)2]+2w1w2E[f~n-1,rj]·E[f~n,lj]}+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[(f~n-1,rk)2]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)2]]]>E[(f~n,ri)2]=θn,ri·{(e^n,ri)2+2e^n,ri·(w1·E[f~n-1,rj]+w2·E[f~n,lj])+w12·E[(f~n-1,rj)2]+w22E[(f~n,lj)2]+2w1w2E[f~n-1,rj·f~n,lj]}+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[(f~n-1,rk)2]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)2]≈θn,ri·{(e^n,ri)2+2e^n,ri·(w1·E[f~n-1,rj]+w2·E[f~n,lj])+w12·E[(f~n-1,rj)2]+w22E[(f~n,lj)2]+2w1w2E[f~n-1,rj]·E[f~n,lj]}+(1-θn,ri)·θn-1,ri·E[(f~n-1,rk)2]+(1-θn,ri)·(1-θn-1,ri)·E[(f~n-1,ri)2]]]>其中，为第n帧中第i个像素的值，为解码器端第n帧中第i个像素值，E[·]为期望函数，为解码器端左视点第n帧中第i个像素值，为解码器端左视点第n‑1帧中第i个像素值，为解码器端左视点第n‑1帧中第i个像素的错误隐藏值，为编码器端第n帧中第i个像素的重构值，为像素认证成功的概率，为像素认证成功的概率，为像素的编码预测残差，为像素的编码预测值，为解码器端右视点第n帧第i个像素值，为解码器端右视点第n‑1帧中第i个像素值，为解码器端右视点第n‑1帧第i个像素的错误隐藏值，为编码器端右视点第n帧中第i个像素的重构值，为像素认证成功的概率，为像素认证成功的概率，为像素的编码残差值，为像素的编码预测值，为像素在左视点中的编码预测值；上述数据在编码过程中可直接得到；和通过步骤7得到；9)、如果minD>D,则minD＝D，并记录mhash(d0,...dm‑1)opt＝m,MCSopt＝MCS,QPopt＝QP,MCS＝MCS+1；10)、如果MCS小于等于maxMCS，返回步骤6；11)、m＝m+1,如果m小于或等于maxH，返回步骤4；12)、QP＝QP+1；如果QP小于或等于maxQP，返回步骤3；13)、输出mhash(d0,...dm‑1)opt,MCSopt,QPopt,并利用这些参数对当前3D视频数据包进行编码和配置哈希认证父节点数量，以及选择物理层MCS，进行无线传输。