基于模糊自適應(yīng)算法的無線視頻多路徑同步傳輸方法

劉 烈 君

(南京審計(jì)大學(xué) 實(shí)驗(yàn)中心，南京 211815)

無線視頻多路徑同步傳輸發(fā)展至今，其無線音視頻編碼形式也多種多樣，對(duì)圖像有較高要求的，圖像壓縮編碼一般采用MPEG-2格式[1].為了使無線視頻傳輸分辨率在700×500以上，需要控制無線視頻編碼的PAL/N分辨格式.通過模擬微波、WiFi等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的無線傳輸[2].針對(duì)這些優(yōu)勢技術(shù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然無線視頻多路徑傳輸能夠解決無線傳輸?shù)母締栴}，并在一定程度上保障無線視頻分辨率不低于標(biāo)準(zhǔn)要求，但目前的技術(shù)僅僅局限于視距傳輸，同步傳輸不支持傳輸距離發(fā)生變化[3].這就使得無線視頻同步傳輸?shù)挠脩艋菏艿搅讼拗?，使得無線視頻傳輸?shù)男枨箅y以被滿足.并且，當(dāng)前形成的大部分無線視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)都參照國內(nèi)的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)無線視頻的傳輸點(diǎn)非通視和有阻擋的環(huán)境中，如在城區(qū)或者建筑物內(nèi)進(jìn)行視頻同步傳輸，這類無線視頻同步傳輸?shù)睦@射和穿透能力不足[4].

因此本文通過修改無線視頻同步傳輸路徑，對(duì)無線視頻的信號(hào)傳輸幅值進(jìn)行控制，并針對(duì)歷史數(shù)據(jù)傳輸記錄進(jìn)行提取，通過配置無線視頻多路徑傳輸接口，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸繞射能力進(jìn)行測量，并針對(duì)信號(hào)傳輸?shù)奶匦赃M(jìn)行分析.

1 無線視頻多路徑同步傳輸方法設(shè)計(jì)

1.1 控制無線視頻多路徑信號(hào)傳輸幅值

對(duì)無線視頻多路徑信號(hào)的傳輸幅值進(jìn)行控制，首先要考慮到圖像數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性，當(dāng)傳輸路徑信源編碼過程產(chǎn)生MPEG碼流[5].其連續(xù)長“0”與連續(xù)長“1”中的碼流片段可能會(huì)以隨機(jī)序列的形式出現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候出現(xiàn)的碼流片段對(duì)多路徑傳輸接收端的恢復(fù)不利[6].因此，需要重新對(duì)碼流片段中的連續(xù)長“0”與連續(xù)長“1”進(jìn)行序列重組，如圖1所示.

圖1 重組無線視頻信號(hào)碼流片段Figure 1 Reorganize wireless video signal code stream fragments

通過圖1中無線視頻信號(hào)碼流片段的重組，將無線視頻信號(hào)碼流片段進(jìn)行能量分散過程，對(duì)碼流數(shù)據(jù)中的無線視頻信號(hào)傳輸幅值進(jìn)行計(jì)算[7].據(jù)此得到無線視頻隨機(jī)序列生成的傳輸幅值多項(xiàng)式如下.

g(x)=1+14x+15x

(1)

其中：x為無線視頻隨機(jī)序列初始幅值.利用該無線視頻隨機(jī)序列的傳輸幅值，初始化處理無線視頻多路徑信號(hào)偽隨機(jī)序列，并以8個(gè)TS包為間隔距離，對(duì)傳輸包中的同步字節(jié)進(jìn)行反取[8].對(duì)MPEG碼流中的數(shù)據(jù)編譯，通過字節(jié)單位輸入TS碼流，利用RS編碼加擾處理無線視頻多路徑信號(hào)傳輸幅值，對(duì)需要進(jìn)行無線視頻多路徑信號(hào)傳輸?shù)姆禂?shù)據(jù)進(jìn)行整合[9].補(bǔ)足無線視頻多路徑信號(hào)傳輸幅值，并對(duì)幅值深度信息進(jìn)行估計(jì)，利用幅值深度信息對(duì)無線視頻多路徑間隔進(jìn)行切割[10].同時(shí)將處理信息記錄進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)無線視頻多路徑幅值控制編碼序列b(x)進(jìn)行計(jì)算如下.

(2)

其中：τ為無線視頻多路徑信號(hào)傳輸幅值控制切片長度，通過多路徑幅值控制編碼序列，對(duì)無線視頻基線保持距離進(jìn)行記錄[11].據(jù)此實(shí)現(xiàn)無線視頻多路徑信號(hào)的傳輸幅值控制，并基于無線視頻多路徑信號(hào)傳輸幅值的控制，對(duì)無線視頻多路徑傳輸接口進(jìn)行配置.

1.2 配置無線視頻多路徑傳輸接口

為了保證無線視頻多路徑同步傳輸效率，根據(jù)無線視頻多路徑信號(hào)傳輸幅值的控制結(jié)果，對(duì)無線視頻多路徑傳輸接口進(jìn)行配置，從而避免無線視頻多路徑傳輸受不相干因素干擾[12].因此，以多路徑傳輸間隔為單位，對(duì)無線視頻多路徑傳輸碼率的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如表1所示.

通過對(duì)無線視頻多路徑傳輸碼率的基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)定，在無線視頻多路徑傳輸碼率中分別選擇四種信道編碼對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)參數(shù)[13].采用(204，188)編碼對(duì)無線視頻多路徑傳輸碼率設(shè)定接口位置，避免無線視頻和網(wǎng)絡(luò)吞吐量產(chǎn)生失配的情況出現(xiàn)，因此得到無線視頻多路徑傳輸接口的配置結(jié)構(gòu)，如圖2所示.

表1 設(shè)定無線視頻多路徑傳輸碼率的基礎(chǔ)參數(shù)Table 1 Set the basic parameters of wireless video multi-path transmission code rate

圖2 無線視頻多路徑傳輸接口的配置結(jié)構(gòu)Figure 2 Configuration structure of wireless video multi-path transmission interface

通過圖2中無線視頻多路徑傳輸接口的配置結(jié)構(gòu)，并通過模糊自適算法，對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過傳輸接口端對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接收，完成對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)的采集過程.

1.3 基于模糊自適應(yīng)算法采集無線視頻傳輸數(shù)據(jù)

根據(jù)無線視頻多路徑傳輸接口配置，利用模糊自適應(yīng)算法對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行采集[14].基于模糊自適應(yīng)算法，對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)的緩存余量和網(wǎng)絡(luò)吞吐量進(jìn)行計(jì)算[15].由于無線視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)吞吐量關(guān)乎無線視頻傳輸數(shù)據(jù)的完整度，因此，要對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)第k個(gè)切片內(nèi)容的字節(jié)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算如下.

T(k)=v(k)×τ/t

(3)

其中：無線視頻傳輸數(shù)據(jù)切片k完成傳輸?shù)臅r(shí)間大小為t，無線視頻傳輸數(shù)據(jù)切片的時(shí)間間隔為τ，將第k個(gè)視頻切片的碼率的數(shù)據(jù)字節(jié)長度表示為v(k)[16].根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)判斷無線視頻同步傳輸數(shù)據(jù)的客戶端緩存余量，如圖3所示.

圖3 無線視頻同步傳輸數(shù)據(jù)的客戶端緩存余量Figure 3 Client buffer margin for synchronous transmission of wireless video data

以此確定當(dāng)前無線視頻傳輸數(shù)據(jù)是否可用模糊自適應(yīng)算法進(jìn)行采集，考慮到無線視頻傳輸數(shù)據(jù)的采集便利性，對(duì)無線視頻模糊自適應(yīng)算法的緩存度量單位進(jìn)行計(jì)算[17].由此得到計(jì)算第k個(gè)無線視頻傳輸切片的傳輸數(shù)據(jù)緩存余量b(k).

(4)

其中：第k個(gè)無線視頻數(shù)據(jù)切片完成傳輸?shù)木彺嬗嗔繛棣(k)，則無線視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彺孀兓繛閗>1，利用模糊自適應(yīng)算法，對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)進(jìn)行采集.判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)吞吐量是否對(duì)數(shù)據(jù)采集的完整性造成影響，當(dāng)出現(xiàn)無線視頻數(shù)據(jù)傳輸碼率低于申請(qǐng)量時(shí)，可以得到無線視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彺嬗嗔孔钚?此時(shí)，對(duì)無線視頻數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)木彺嫦乱绶秶M(jìn)行確定，計(jì)算如下.

(5)

其中：n為無線視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彺嫘蛄袛?shù)量，τi為無線視頻數(shù)據(jù)傳輸序列對(duì)應(yīng)的下溢值.當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)吞吐量小于申請(qǐng)的視頻碼率時(shí)，通過減少無線視頻的緩存余量，對(duì)無線視頻的數(shù)據(jù)緩存視頻碼率大小進(jìn)行測算，當(dāng)出現(xiàn)視頻碼率數(shù)據(jù)下載申請(qǐng)時(shí)，針對(duì)該緩存下溢量數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行采集.當(dāng)出現(xiàn)緩存上溢量提高時(shí)，對(duì)該無線視頻的數(shù)據(jù)緩存視頻碼率進(jìn)行調(diào)整，在保證無線視頻同步傳輸分辨率在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的同時(shí)，利用模糊自適應(yīng)算法對(duì)緩存上溢量進(jìn)行計(jì)算.

無線視頻同步傳輸?shù)木彺嫔弦缌繛閭鬏敂?shù)據(jù)的溢出門限，通過確定傳輸數(shù)據(jù)的溢出最大值，對(duì)溢出無線視頻同步傳輸數(shù)據(jù)部分進(jìn)行剔除，通過限制用戶的QOE保留無線視頻同步傳輸?shù)姆直媛蚀笮?，并在安全區(qū)間內(nèi)對(duì)無線視頻同步傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，據(jù)此得到針對(duì)無線視頻數(shù)據(jù)傳輸序列的采集公式為：

(6)

將得到無線視頻數(shù)據(jù)傳輸序列中的傳輸數(shù)據(jù)從序列中剝離出來，對(duì)視頻切片間隔進(jìn)行確定，對(duì)于出現(xiàn)的第(k+1)個(gè)視頻切片傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，以此類推實(shí)現(xiàn)對(duì)無線視頻傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容的采集，針對(duì)無線視頻的傳輸數(shù)據(jù)的視頻切面碼率v(k+1)進(jìn)行測量，當(dāng)v(k+1)≥1時(shí)，對(duì)無線視頻數(shù)據(jù)切片間隔的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行采集如下：

T(k+1)=T(k),k>1

(7)

通過模糊自適應(yīng)算法采集無線視頻傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)無線視頻的多路徑同步傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，進(jìn)一步對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步解壓整理，完成無線視頻多路徑同步傳輸.

1.4 完成無線視頻多路徑同步傳輸

對(duì)模糊自適應(yīng)算法采集的無線視頻進(jìn)行定長外交織，通過處理定長數(shù)據(jù)包，按照規(guī)律延時(shí)輸出無線視頻傳輸數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行處理，按照指定規(guī)則，將數(shù)據(jù)內(nèi)容整理成無線視頻的數(shù)據(jù)傳輸序列.以雙端口RAM作為多路徑傳輸中心，按照指定規(guī)則排列并讀出規(guī)律延時(shí)端口，根據(jù)讀寫控制器的讀出順序整理數(shù)據(jù)傳輸序列.通過控制延時(shí)操作實(shí)現(xiàn)無線視頻多路徑同步傳輸，如圖4所示.

圖4 控制延時(shí)操作實(shí)現(xiàn)無線視頻多路徑同步傳輸Figure 4 Control delay operation to realize wireless video multi-path synchronous transmission

通過控制延時(shí)操作，對(duì)無線視頻多路徑同步傳輸外交織長度進(jìn)行測量，通過多路徑同步處理，將傳輸數(shù)據(jù)包中的外交織器深度進(jìn)行連接，并通過寄存器I存儲(chǔ)傳輸數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，針對(duì)無線視頻同步傳輸卷積交織地址進(jìn)行監(jiān)測，以時(shí)鐘周期I為時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)疊加數(shù)小于基礎(chǔ)既定值時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)包內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓處理，當(dāng)基礎(chǔ)既定值小于疊加數(shù)時(shí)，對(duì)同步傳輸卷積數(shù)據(jù)壓縮內(nèi)容進(jìn)行模糊自適應(yīng)計(jì)算如下.

(8)

通過模糊自適應(yīng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮內(nèi)容進(jìn)行梳理，完成無線視頻多路徑同步傳輸.

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)開始前，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行搭建，通過N1PEG篩選視頻源，并對(duì)無線視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，選擇數(shù)段視頻編碼長度為深度的音像視頻，為了保證無線視頻的傳輸同步，對(duì)無線視頻的播放拼接時(shí)間進(jìn)行測量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本視頻長度進(jìn)行擴(kuò)展，確保視頻時(shí)長在400 s之內(nèi)，并通過深度編碼單試點(diǎn)進(jìn)行編碼.對(duì)此確定實(shí)驗(yàn)環(huán)境供電電源和編碼平臺(tái)和逆變驅(qū)動(dòng)器的型號(hào).針對(duì)無線視頻傳輸?shù)亩嗦窂絾卧圏c(diǎn)編碼比特率進(jìn)行計(jì)算，分別應(yīng)用測試算法，對(duì)無線視頻進(jìn)行多路徑同步傳輸，已知采用視頻總編碼質(zhì)量為18 000、14 000和9 000的無線視頻類型，在同種常見的網(wǎng)絡(luò)變化環(huán)境下，測試無線視頻傳輸?shù)谋忍芈?

2.2 對(duì)比多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率

應(yīng)用文獻(xiàn)[2-3]方法與基于模糊自適應(yīng)算法的無線視頻多路徑同步傳輸方法分別對(duì)視頻總編碼質(zhì)量為18 000、14 000和9 000的無線視頻類型進(jìn)行測量，得到對(duì)應(yīng)的多路徑單試點(diǎn)傳輸比特率十組結(jié)果，如表2～4所示.

表2 編碼質(zhì)量18 000的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率Tab.2 Multi-path single-view transmission bit rate with coding quality of 18 000

視頻總編碼質(zhì)量為18 000的路徑單視點(diǎn)傳輸比特率中，文獻(xiàn)[2]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為4 399 Kbit/s，文獻(xiàn)[2]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為3 067Kbit/s.文獻(xiàn)[3]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為4 982 Kbit/s，文獻(xiàn)[3]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為3 209 Kbit/s.基于模糊自適應(yīng)算法的無線視頻多路徑同步傳輸方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為5 887 Kbit/s，多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為5 134 Kbit/s.

表3 編碼質(zhì)量14 000的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率Tab.3 Multi-path single-view transmission bit rate with coding quality of 14 000

表4 編碼質(zhì)量9 000的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率Tab.4 Multi-path single-view transmission bit rate with coding quality of 9 000

視頻總編碼質(zhì)量為14 000的路徑單視點(diǎn)傳輸比特率中，文獻(xiàn)[2]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為2 608 Kbit/s，文獻(xiàn)[2]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為2 074 Kbit/s.文獻(xiàn)[3]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為2 989 Kbit/s，文獻(xiàn)[3]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為2 011 Kbit/s.基于模糊自適應(yīng)算法的無線視頻多路徑同步傳輸方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為5 888 Kbit/s，多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為4 399 Kbit/s.

視頻總編碼質(zhì)量為14 000的路徑單視點(diǎn)傳輸比特率中，文獻(xiàn)[2]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為2 976 Kbit/s，文獻(xiàn)[2]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為2 010 Kbit/s.文獻(xiàn)[3]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為2 912 Kbit/s，文獻(xiàn)[3]方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為2 178 Kbit/s.基于模糊自適應(yīng)算法的無線視頻多路徑同步傳輸方法的多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最高為5 763 Kbit/s，多路徑單視點(diǎn)傳輸比特率最低為5 116 Kbit/s.因此，基于模糊自適應(yīng)算法的無線視頻多路徑同步傳輸方法更好.

3 結(jié) 語

本文提升了無線視頻多路徑傳輸效率,改變了無線視頻的傳輸方式，通過多路徑傳輸使得無線視頻的傳輸點(diǎn)可以隨意變動(dòng).今后應(yīng)對(duì)視頻傳輸?shù)哪：刂谱赃m應(yīng)算法做研究，通過視頻傳輸狀態(tài)對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量進(jìn)行判斷，進(jìn)一步確定視頻編碼等級(jí)和視點(diǎn)數(shù)目，從而提高無線視頻的傳輸質(zhì)量.