[发明专利]无线中继系统中基于递归失真估计的混数模视频传输方案

摘要

本发明属于视频传输方法技术领域，具体涉及无线中继系统中基于递归失真估计的混数模视频传输方案，针对具有中继的无线瑞利衰落信道，研究HDA视频传输方案，不限定HDA的数字信号无失真传输，首先推导瑞利衰落中继系统中采用HDA的视频传输失真模型，然后基于此模型，对HDA的数字、模拟信号进行功率优化分配，在克服传统悬崖效应以及质量饱和效应的基础上得到优化的视频质量，本方案的主要特征为根据传输信道特性，发送端S估计出HDA编码视频从信源端到接收端的端到端失真模型，其中包括HDA视频编码、功率分配、中继端解码转发、信道传输、接收端解码恢复等几个环节，通过选择最优功率分配因子达到更好的视频恢复质量。

主权项

1.无线中继系统中基于递归失真估计的混数模视频传输方案，其特征在于，具体操作步骤如下：I.发送端，主要包括HDA视频编码、中断概率计算、递归失真估计、自适应功率分配环节，具体步骤如下：(1)读入视频序列；(2)对所读入视频的每个图片组GOP，设HDA编码中数字、模拟信号的功率分配因子分别为α与1‑α，0≤α≤1，根据信道情况确定α取值范围，遍历α所有取值，并根据公式(1)计算不同α所对应HDA视频传输系统的期望失真：其中P_out表示中继系统的理论中断概率，其计算如公式(2)：其中P_out1与P_out2分别表示发送端S到中继R、中继R到目的端D的中断概率，R_th表示传输速率，γ表示信道的信号噪声比(CSNR)，ED_θ表示系统发生中断时的期望失真值，表示未发生中断时的期望失真值。具体而言，对ED_θ与的计算，根据以下推导：首先，根据公式(3)，计算第m帧第n个图像块的未中断失真由公式(3)可看出，与模拟信号X_a(m，n)、数字信号传输失真以及模拟信号传输失真所组成，其中，数字信号传输失真可以表示为公式(4)：对公式(4)的可以根据递归失真估计模型ROPE，由误码率估计得到。对公式(3)中的模拟信号传输失真ED_a(m，n)，可以表示为其中，与分别表示发送端进行线性调幅及功率分配后的模拟信号以及接收端恢复出来的模拟信号，可以分别表示为：其中r_m＝(1‑α)*HG，α表示步骤(2)中所给定的数字信号的功率分配因子，H表示哈达曼变换矩阵(Hadamard)，G是一个对角矩阵，G的对角元素总数为T，每个元素可以表示为k的取值范围为1到T，λ_j表示每个数据块所对应DCT系数的协方差矩阵中第j个对角线元素。Y_a(m，n)表示接收端收到的模拟信号，h^‑1表示信道的瑞利衰落系数的逆矩阵，N(m，n)表示服从正态分布的信道加性高斯白噪声，N(m，n)～N(0，σ²)；从公式(7)可以看出，模拟信号的失真包括两部分：一是公式(6)所示的由Softcast线性调幅r_m所导致的失真；二是公式(7)所示的信道噪声干扰导致的失真，其中，由r_m引起的模拟信号失真可以表示如下：其中，P_a(m，n)表示第m帧图像中第n个图像块的模拟信号传输功率，可以由表示，且P_a(m，n)的期望值可以表示为其中l表示模拟视频传输方案中所分块的个数，P_a表示第m帧图像的总功率。假设视频帧的高度和宽度分别为x和y，将模拟部分分为8*8的像素块来处理，故l的值为x×y/64。由以上公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)的推导可知，未发生中断时的期望失真可以表示如下：其中，σ²表示信道的噪声功率然后，根据以下公式(10)计算系统发生中断的失真，发生中断时，我们用上一帧的恢复图像来代替未收到图像，所以其失真值可以表示如下：其中，X(m，n)，X(m‑1，n)，分别表示发送端的当前帧视频信号、前一帧视频信号以及接收端的前一帧恢复信号，且X(m，n)，X(m‑1，n)都是发送端已知信号，假设ED_sou(m，n)＝E{(X(m，n)‑X(m‑1，n))²}，则由上式我们可以得到：总结以上推导，得到整个系统的期望失真可以表示如下：(3)对于每个GOP的功率因子α的所有取值，根据步骤(2)所计算的期望失真ED_HDA，选择使失真ED_HDA最小的功率分配因子α为最佳因子α_b，用最佳因子α_b生成数字信号α_b*X_d及模拟信号(1‑α_b)*X_a，并对其进行叠加，生成HDA的混合编码信号X＝α_b*X_d+(1‑α_b)*X_a；同时将最佳功率分配因子α_b的值以数字方式编码；(4)将编码后的HDA信号X传输入无线中继信道；II.接收端，对视频每个GOP的每一帧，根据中断信息对接收信号进行判断并进行解码得到恢复视频帧，其操作步骤如下：(1)判断传输过程中是否发生中断：当接收信号为全255时，判定系统发生中断；(2)如果未发生中断，接收端对接受信号进行HDA解码，得到恢复的视频帧；如果发生中断，接收端用恢复的上一帧信号作为当前帧的恢复信号。