基于晶格量化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻聯(lián)合信源信道編碼

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1、基于晶格量化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻聯(lián)合信源信道編碼為提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸質(zhì)量，提出種基于晶格量化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻聯(lián)合信源信道編碼方法。首先，利用多描述聯(lián)合信源信道編碼的信號(hào)源并行信道傳輸方案，建立高斯視頻源傳輸?shù)亩嗝枋霆?dú)立的并行信道傳輸框架；其次，采用晶格尺度量化方法分別考慮有或無邊信息解碼器情形下實(shí)現(xiàn)模擬映射帶寬的降低，通過帶寬擴(kuò)展來提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸性能；最后，通過與VPS、FMS和DMUS3種算法在編碼冗余度、編碼速率、峰值信噪比、端到端視頻幀延遲及有效損失率指標(biāo)上的對比試驗(yàn)，驗(yàn)證了所提方法的有效性。0引言近年來，基于移動(dòng)技術(shù)的視頻傳輸（如在線游戲直播、體育直播等）己成為熱

2、門流媒體應(yīng)用，視頻傳輸流量也岀現(xiàn)快速増長⑴。2012年視頻流量約占總流量的58%,2017年將達(dá)到70%左右。2012-2017年，移動(dòng)總流量將增長14倍左右⑵。如何保證在現(xiàn)冇網(wǎng)絡(luò)下確保超清視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)念啃允欠?wù)商面臨的主要難題。雖然，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已為用戶捉供不同的互聯(lián)網(wǎng)接入方法，但單一網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力仍存在限制，無法提供滿意的移動(dòng)視頻傳輸性能［3］。WLAN網(wǎng)絡(luò)存在的主要問題是帶寬受限，覆蓋范圍小，無法滿足大量移動(dòng)用戶的移動(dòng)視頻服務(wù)需求。WiMAX網(wǎng)絡(luò)相對可提供更廣的覆蓋范用和更高峰值速率，但用戶共享量較大時(shí)，多媒體實(shí)時(shí)高吞吐量需求無法滿足。單一網(wǎng)絡(luò)性能

3、受限使得異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)帶寬整合問題得到學(xué)者們的高度重視。經(jīng)典聯(lián)合信源信道編碼［4］（JointSource-ChannelCoding,JSCC）主要研究內(nèi)容是信道編碼和信源的速率最優(yōu)化，以及視頻數(shù)據(jù)糾錯(cuò)編碼和信道狀態(tài)：（1）信道編碼和信源編碼比優(yōu)化，例如文獻(xiàn)［5、6］；（2）在設(shè)定信道參數(shù)和狀態(tài)情形下，如何對編碼速率進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到需要的傳輸忖標(biāo)，例如文獻(xiàn)［7］：（3）信道編碼的可靠性改進(jìn)，如噴泉碼、Turbo等；（4）聯(lián)合編碼優(yōu)化算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能提升，如文獻(xiàn)［8］；文獻(xiàn)［9］研究了在帶寬限制請況下的編碼速率最優(yōu)化問題，可實(shí)現(xiàn)視頻端到端失真的最小化。但是，上述算法利用差

4、錯(cuò)控制方式，但并未考慮信道本身存在的故障問題，容易造成傳輸數(shù)據(jù)視頻傳輸質(zhì)量的觀化，影響用戶體驗(yàn)和視頻服務(wù)質(zhì)量。對此，木文主要針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸問題，在解碼器屮利用晶格量化轉(zhuǎn)換進(jìn)行了多描述聯(lián)合信源信道編碼方法研究，冃的是獲得低失真和低延遲視頻傳輸方案。1問題模型描述利用多描述聯(lián)合信源信道編碼（MDJSCC）的信號(hào)源異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)并行信道傳輸方案如圖1所示。據(jù)塊編碼成兩個(gè)碼3心￡(^)e.￥2傳輸。解碼器1、2、()分別接收到圖1中〃個(gè)源符號(hào)的每個(gè)數(shù)據(jù)塊V已R”，對每個(gè)數(shù)其中表示帶寬比，兒表示有限字母集，通過獨(dú)立噪聲信道并利用畸變幾心0,1,2重構(gòu)頭即:(1)其中是失真測度0(

5、Dt,D2)和Do分別為邊扭曲和中心扭曲失真。當(dāng)邊信息『在解碼器中可獲得時(shí)，這些額外信息可利用其降低相應(yīng)的扭曲失真。如果信道不存在噪聲，則上述問題退化為多描述信源編碼(MD-SC)問題。在此情形下，(2曲,2」)編碼組成為：(1)兩個(gè)編碼器，其中編碼器1對每個(gè)信源序列分配索引?(S”)e[I:2J,編碼器2對每個(gè)信源序列分配索引加2(S")e[1:2*

6、；(2)3個(gè)解碼器，其中解碼器i=1,2觀測n接收索引皿和邊信息3”，并對5進(jìn)行估計(jì)。解碼益0在接收到索引對(心，m2)和邊信息2后，對兒進(jìn)行估計(jì)0如存在(2也，2’必，n)序列編碼滿足條件：nlimsupE(d(S“，

7、a))W0,z*=0,1,2(2)n—?jiǎng)t稱率失真五元組(R1,R2,DO,D1,D2)是可以實(shí)現(xiàn)的。其中，MD-SC問題的率失真區(qū)域R(DO,D1,D2)是速率對(R1,R2)的閉包集合。該區(qū)域屮有或沒有邊信息(SI)事先是未知的。例外情形是二次高斯MD?SC情形，即高斯源和二次失真函數(shù)：d(S“,G)丄工(眾-陽(3)”4=1考慮遍歷并行通道(/IDAW(；N信道)和無！S1解碼器，如圖1所示情景。在這個(gè)假設(shè)下，一組可實(shí)現(xiàn)的失真集r可利用封閉集合給定：r=(Po，從，/>2)eR〔:Rg,Dx,D2)n/?(CMG)H0(4)其中,R(G,G)=｛(&,Z?2)：乩W

8、Cx,R2WC2]o2基于晶格量化器的模擬MD-JSCC方案2考慮圖1方案，零均值和方差為f的〃高斯隨機(jī)符號(hào)序列為S^A(O)，斤二1,2,???』，必須通過兩個(gè)平行噪聲信道傳輸。假定7信息｛1幾｝是獨(dú)立同分布高斯隨機(jī)變量序列：【幾二Q+乩(5)其中山~N(()2[)和伍?N(Ow；)。S&和Wk的相關(guān)系數(shù)可計(jì)算為Ps,w=^s/V(jrl+"；。聯(lián)合信源信道MD編碼器口〔將輸入序列映射為兩信道碼字"LG,…，上1,2：陽4(6)g2：0f2.1多重描述的模擬映射『二n）un（

9、由于所提JSCC需總帶寬比為0二傷+血M1,線映射可認(rèn)為是子