无线视频监控传输技术的研究

文章摘要： 从表1中可以看出：对同一序列，不同QP(也就是不同码流率)下重发率不同，QP越大，则其重发率呈下降趋势，这和前面实验中在低比特率情形下性能好这一结果相吻合；对不同序列，重发率之间存在着很大的差别，这也意味着在相对于BEARQ算法，本文提出的机制在B-D性能上的提高，不同特性的序列之间存在着较大的差别。为了进一步验证实验结论，进一步针对该测试结果下的B-D性能做统计分析，结果如图4～图6所示。 将图4～图6对比可以看出，对于运动程度很低且纹理相对平缓的Akiyo序列来说，相对尽力而为ARQ机制，本文的机制在3％的丢包情形下可以节省20％以上的带宽。而对运动较为剧烈的Foreman序

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    从表1中可以看出：对同一序列，不同QP(也就是不同码流率)下重发率不同，QP越大，则其重发率呈下降趋势，这和前面实验中在低比特率情形下性能好这一结果相吻合；对不同序列，重发率之间存在着很大的差别，这也意味着在相对于BEARQ算法，本文提出的机制在B-D性能上的提高，不同特性的序列之间存在着较大的差别。为了进一步验证实验结论，进一步针对该测试结果下的B-D性能做统计分析，结果如图4～图6所示。

    将图4～图6对比可以看出，对于运动程度很低且纹理相对平缓的Akiyo序列来说，相对尽力而为ARQ机制，本文的机制在3％的丢包情形下可以节省20％以上的带宽。而对运动较为剧烈的Foreman序列来说，则只能节省4 %的带宽。对纹理很复杂的Mobile序列，本文的算法相对于BEARQ，带宽仅节省不到1％。从表1的重发率和图4～图6的对应关系不难看出，重发率越高，则对应B-D性能的改善程度就越低。因此可以说实验仿真表明了本文提出的传输控制算法，能够在保证视频接收质量的同时，有效降低传输所用带宽。

4 结 语
    这里对所提无线视频监控传输机制进行性能测试和评价。从实验结果可以看出，该机制相对于其他方法而言，在保证终端接收质量基本不变的情况下，能有效地降低传输需用的带宽。此外，从对不同序列的测试结果可以看出，本文所提机制对运动较为平缓，纹理相对单一的序列的传输更为有效，尤其是目前带宽严重受限的无线视频传输中更为明显。另外，文章所提算法是一种开放性的框架算法，其他容错算法性能的提高，将进一步促进该算法性能的提高。不足之处在于仅考虑了压缩后码流的传输，未能将编码端控制也综合进来。所以，从整体上而言，这里所提机制仍然是局部的优化。需要进一步利用所提出的B-D概念和关系式，进一步从信源一信道一传输联合优化上开展研究。

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2 无线视频传输机制分析与容错传输技术
    可靠信道上信号传输研究的目的是充分利用信道的带宽资源；而对于不可靠信道，传输中研究的重点则是充分利用带宽资源来实现可靠传输，即容错传输技术。这里讨论在无线信道上的视频传输机制，其主要的研究点是容错传输控制。容错传输控制技术根据其控制方式的不同可以分为三大类：即前向错误控制、基于反馈的ARQ和信源信道联合编码。前向错误控制(Forward Error Control，FEC)包括信道纠错编码技术、交织打包技术和优化的包调度机制等。基于反馈的ARQ技术包括利用多帧参考机制的参考帧选择(Reference Picture Selection，RPS)机制、混合ARQ(Hybrid，HARQ)机制和基于ARQ的反馈错误跟踪技术。由于基于ARQ的容错传输控制技术具有优良的性能，所以在此重点介绍ARQ相关的传输控制技术，并讨论现有视频容错传输机制存在的不足。
    前向错误控制采用前向纠错编码的方式来克服信道错误。在信道出错概率波动比较剧烈的情况下(如现有的移动信道)，为了获得一定的传输质量，前向纠错编码必须根据当前估计的最差情况来增加冗余校验比特，这会导致带宽资源的浪费。对带宽资源本来就有限的无线信道而言，显然是不能满足要求的。为此，考虑把ARQ技术和前向错误控制结合起来，称为HARQ技术。HARQ分为两类：I类HARQ中，发送端的前向编码要具有一定的纠错能力，当接收端发现错误后，首先利用前向纠错编码来纠正错误。如果错误被纠正，则向发送端传送一个当前包接收成功的反馈信息(ACK)，反之则发送接收失败消息(NACK)。发送端如果收到ACK，则继续发送下一个数据包，否则，则重发出错的数据包。由此可见I类ARQ需要较强的前向纠错编码，在错误率较低的应用场合会导致带宽资源的浪费，但在错误率高的环境下能够获得比其他类型ARQ机制更好的吞吐效率。Ⅱ类ARQ中只要求前向纠错编码具有检错能力即可，根据关于信道编码纠错能力的理论可知，这可以起到节约带宽的作用。当接收端发现错误后，发送重传请求；发送端只传送出错数据对应的具有纠错能力的校验码。当接收端收到后，如果仍然不能纠正错误，则继续发送重传请求，发送端可以选择重传整体出错数据和校验码，也可以选择发送更强纠错能力的校验码，具体因控制策略不同可有所调整。鉴于无线信道错误率高，具有反馈信道的无线传输通常采用HARQ-I。图2显示了采用HARQ-I的无线视频传输系统，图中虚线框代表了传输中错误控制的流程。根据HARQ-I的设计原理，接收端发现错误后，首先进行前向错误纠正(图中第一层错误屏障)，如果不能纠正且当前系统满足时延限制，则发送ACK请求来让发送端重传出错部分的数据(第二层错误屏障)。这样的重传可以重复到接收端收到正确的数据或者重传延迟超出系统时延限制为止。如果重传结束后仍然不能得到正确的数据包，在接收端就会用错误隐藏技术来进行错误恢复(第三层错误屏障)。可以看出，这种机制的基本思想是出错后尽量使用ARQ技术来恢复错误，所以这里将其命名为“尽力而为”ARQ机制(BestEffortARQ，BEA，RQ)。

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