一種基于td-lte信道檢測的視頻編碼與傳輸?shù)姆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于TD-LTE信道檢測的視頻編碼與傳輸?shù)姆椒ǎ鋵⒒谛诺罊z測的自適應(yīng)視頻編碼與傳輸技術(shù)用于TD-LTE系統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)，通過在視頻源端增加TD-LTE信道實時檢測模塊和視頻編碼系數(shù)估計模塊來實現(xiàn)視頻碼率隨著信道狀況變化的自適應(yīng)調(diào)整；在視頻源端通過實時檢測模塊獲得TD-LTE系統(tǒng)的信道容量、信道誤碼率和接收信號強(qiáng)度等參數(shù)來確定分辨率、量化系數(shù)QP和幀率等視頻編碼系數(shù)，實現(xiàn)了基于信道檢測的視頻編碼碼率的自適應(yīng)調(diào)整；本發(fā)明的優(yōu)點是使視頻源端能夠自適應(yīng)調(diào)整編碼參數(shù)和碼流速率以滿足動態(tài)變化信道條件下的視頻數(shù)據(jù)傳輸要求，并且可以保證視頻傳輸?shù)膶崟r性和連續(xù)性，避免了出現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)傳輸時出現(xiàn)的誤碼率高、延遲大和信道利用率低等問題。
【專利說明】-種基于TD-LTE信道檢測的視頻編碼與傳輸?shù)姆椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于TD-LTE信道檢測的視頻編碼與傳輸?shù)姆椒?，屬于無線通信

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前,TD-LTE 即 Time Division Long Term Evolution (分時長期演進(jìn)），是由阿爾 卡特-朗訊、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術(shù)、中興通訊、中國移動等公司共同開發(fā) 的第四代（4G)移動通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。理論最高下行速率和上行速率可分別達(dá)到lOOMbits/ s和50Mbits/s，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。TD-LTE系統(tǒng)不僅可以提供語音、短數(shù)據(jù)等功能， 還可以提供高質(zhì)量視頻業(yè)務(wù)，尤其是實時的視頻傳輸可以為用戶提供更直觀和豐富的溝通 體驗。
[0003] 如圖1所示，在目前的現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)中，視頻業(yè)務(wù)由視頻源端、基站、 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)、視頻終端共同完成。視頻源端在收到視頻點播或視頻上傳的申請指令后，首先 與基站協(xié)商建立視頻傳輸信道，然后按照預(yù)設(shè)或約定的固定參數(shù)編碼進(jìn)行視頻編碼，并將 視頻流通過無線信道發(fā)送至基站設(shè)備，最后由TD-LTE網(wǎng)絡(luò)及基站將視頻流轉(zhuǎn)發(fā)給視頻終 端，以便于解碼、存儲和播放。因此，現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的中視頻源端的數(shù)據(jù)處理過程如下圖 2所示。
[0004] 盡管TD-LTE系統(tǒng)的理論下行速率和上行速率可達(dá)到100Mbits/s和50Mbits/s，但 是隨著用戶數(shù)量的增加每個終端能夠分配到的傳輸帶寬有限。與此同時，無線傳輸信道受 到時變、衰減、噪聲干擾、多普勒頻移等因素影響，會導(dǎo)致信道狀況惡化和傳輸帶寬的下降， 由于在現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)的視頻業(yè)務(wù)中，視頻源端的編碼器始終按照預(yù)設(shè)或約定 的固定參數(shù)進(jìn)行編碼，并將編碼數(shù)據(jù)以比較穩(wěn)定的速率發(fā)送至傳輸信道，如果傳輸過程中 出現(xiàn)信道惡化或帶寬下降時，容易出現(xiàn)延遲大、誤碼率高、傳輸效率低等問題，編碼數(shù)據(jù)就 難以及時、準(zhǔn)確和完整地傳輸至終端，不僅影響視頻質(zhì)量和觀看效果，嚴(yán)重時甚至可能導(dǎo)致 無法恢復(fù)和播放視頻數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的基于TD-LTE信道檢測的視 頻編碼與傳輸?shù)姆椒āａ槍ΜF(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)中視頻編碼與傳輸技術(shù)中存在的傳 輸延遲大、誤碼率高、信道利用效率低等問題，本發(fā)明在視頻源端增加了 TD-LTE信道檢測 模塊和編碼系數(shù)估計模塊并通過實時檢測模塊獲得信道容量、傳輸誤碼率和接收信號強(qiáng)度 等參數(shù)來實時調(diào)整視頻編碼的分辨率、圖像量化系數(shù)（即Quantization Parameter,以下 簡稱QP)、幀率系數(shù)。本發(fā)明能夠根據(jù)信道狀況自適應(yīng)調(diào)整視頻數(shù)據(jù)碼率，在TD-LTE信道狀 況好時傳輸較高質(zhì)量視頻數(shù)據(jù)，而當(dāng)信道狀況差時傳輸較低質(zhì)量視頻數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)視頻 數(shù)據(jù)的有效傳輸和TD-LTE信道的高效利用，進(jìn)一步改善用戶終端的視頻觀看效果。
[0006] 本發(fā)明的方法的核心原理是將基于信道檢測的自適應(yīng)視頻編碼與傳輸技術(shù)用于 TD-LTE系統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)，通過在視頻源端增加 TD-LTE信道實時檢測模塊和視頻編碼系數(shù)估 計模塊來實現(xiàn)視頻碼率隨著信道狀況變化的自適應(yīng)調(diào)整；在視頻源端通過實時檢測模塊獲 得TD-LTE系統(tǒng)的信道容量、信道誤碼率和接收信號強(qiáng)度等參數(shù)來確定分辨率、量化系數(shù)QP 和幀率等視頻編碼系數(shù)，實現(xiàn)了基于信道檢測的視頻編碼碼率的自適應(yīng)調(diào)整；與此同時，視 頻終端的播放器根據(jù)視頻流攜帶的分辨率、幀率和量化系數(shù)QP自動調(diào)整解碼器參數(shù)并進(jìn) 行解碼。
[0007] 本發(fā)明包括以下具體步驟：
[0008] (1)視頻源端根據(jù)TD-LTE信道狀態(tài)信息，檢測和估計出信道帶寬、信號強(qiáng)度和信 道誤碼率三個參數(shù)；
[0009] (2)視頻源端首先根據(jù)信道帶寬確定視頻編碼的分辨率，然后根據(jù)信號強(qiáng)度和信 道誤碼率實時調(diào)整視頻編碼的幀率和量化系數(shù)QP ;
[0010] a)視頻源端的編碼器根據(jù)信道帶寬確定編碼分辨率的檔次，當(dāng)信道帶寬較大時， 選擇分辨率較高的1080P和720P(像素分別為1920x1080和1280x720);當(dāng)信道帶寬較小 時，選擇分辨率較低的D1和CIF (像素分別為720x576和352x288);
[0011] b)在視頻源端的編碼器確定了視頻分辨率后，再根據(jù)信道誤碼率和信號強(qiáng)度實時 調(diào)整QP，QP值變化范圍為20?45 ;當(dāng)信道誤碼率較高或接收信號較弱時，降低編碼QP值； 當(dāng)信道誤碼率較低或接收信號較強(qiáng)時，提高編碼QP值；
[0012] C)視頻源端的編碼器根據(jù)信道誤碼率和信號強(qiáng)度實時調(diào)整幀率，幀率范圍為1? 25幀/秒；當(dāng)信道誤碼率較高或信號較弱時，降低幀率；當(dāng)信道誤碼率較低或信號較強(qiáng)時， 提1?巾貞率；
[0013] (3)視頻源端的編碼器據(jù)估計得到的分辨率、幀率和量化系數(shù)QP三個系數(shù)，啟動 視頻
[0014] 編碼，并同時執(zhí)行步驟（1)和步驟（2)。
[0015] (4)視頻終端的播放器根據(jù)視頻流攜帶的分辨率、幀率和量化系數(shù)QP自動調(diào)整解 碼器參數(shù)，并進(jìn)行解碼和播放。
[0016] 例如：視頻源端首先根據(jù)信道帶寬確定編碼分辨率的檔次；當(dāng)信道帶寬較大時， 選擇分辨率較高的1080P和720P(像素分別為1920x1080和1280x720);當(dāng)信道帶寬較小 時，選擇分辨率較低的D1和CIF (像素分別為720x576和352x288);視頻源端在確定了視 頻分辨率后，再根據(jù)信道誤碼率和信號強(qiáng)度實時調(diào)整量化系數(shù)QP或編碼幀率，QP和編碼幀 率的變化范圍分別為20?45和1?25幀/秒；當(dāng)信道誤碼率較高或接收信號較弱時，降 低QP或幀率；當(dāng)信道誤碼率較低或接收信號較強(qiáng)時，提高QP或幀率。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點是：通過本發(fā)明在TD-LTE系統(tǒng)的視頻業(yè)務(wù)中的應(yīng)用，使視頻源端能 夠自適應(yīng)調(diào)整編碼參數(shù)和碼流速率以滿足動態(tài)變化信道條件下的視頻數(shù)據(jù)傳輸要求，并且 可以保證視頻傳輸?shù)膶崟r性和連續(xù)性，避免了出現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)傳輸時出現(xiàn)的誤碼率高、延遲 大和信道利用率低等問題。在TD-LTE信道狀況好時傳輸較高質(zhì)量視頻數(shù)據(jù)，而當(dāng)信道狀況 差時傳輸較低質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的有效傳輸和TD-LTE信道的高效利 用，提高了系統(tǒng)的整體性能和視頻業(yè)務(wù)的質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)中的視頻業(yè)務(wù)示意圖：
[0019] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)中視頻源端的數(shù)據(jù)處理框圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明的工作原理框圖；
[0021] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的視頻傳輸和播放效果；
[0022] 圖5是本發(fā)明的視頻傳輸與播放效果。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明包括：
[0024] 本發(fā)明的工作原理如圖3所示：現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)如圖2所示，相比于現(xiàn) 有的現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)，本發(fā)明在視頻源端增加了信道實時檢測模塊和視頻編碼 參數(shù)估計模塊，通過實時檢測模塊獲得TD-LTE系統(tǒng)的信道容量、信道誤碼率和接收信號強(qiáng) 度等參數(shù)來估計分辨率、量化系數(shù)QP、幀率等視頻編碼系數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)視頻碼率根據(jù)信道狀 況變化的自適應(yīng)調(diào)整。
[0025] 下面比較在信道容量變化情況下現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)和本發(fā)明的 視頻傳輸效果，假設(shè)信道容量C在時間0〈T < 300秒時間內(nèi)由7Mpbs下降到0. 3Mpbs。如圖 4所示：對于采用恒定碼率（CBR)和預(yù)設(shè)編碼參數(shù)進(jìn)行編碼的現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)， 設(shè)預(yù)設(shè)分辨率為720P，碼率為R = 1Mbps。當(dāng)視頻碼率小于信道容量，即R < C，視頻數(shù)據(jù)能 夠?qū)崟r正確地傳輸?shù)浇K端，并進(jìn)行解碼和播放；隨著信道容量的下降，當(dāng)視頻碼率大于信道 容量，即R > C，視頻數(shù)據(jù)就不能實時準(zhǔn)確地傳輸?shù)浇K端，從而無法解碼和正確播放。因此， 現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系統(tǒng)能夠進(jìn)行有效傳輸和準(zhǔn)確解碼播放的總數(shù)據(jù)量為：
[0026] S = RT = 1Mbps X 100s = 100Mbit
[0027] 本發(fā)明根據(jù)信道容量等系數(shù)實時調(diào)整編碼參數(shù)，編碼產(chǎn)生非恒定碼率（VBR)， 能夠始終保證視頻傳輸和終端播放的連續(xù)性。如圖5所示：當(dāng)C>5Mbps，編碼分辨率系 數(shù)選用1080P，碼率R約為5Mbps，能夠充分利用信道容量傳輸高清視頻；當(dāng)信道容量 5Mbps彡C>lMbps，編碼分辨率自動切換為720P，碼率R約為lMbps，720P格式的視頻數(shù)據(jù) 能夠?qū)崟r準(zhǔn)確傳輸?shù)浇K端并進(jìn)行播放；當(dāng)信道容量1Mbps >C>0. 3Mbps時，編碼分辨率切 換為D1，碼率R約為0. 3Mbps，視頻終端仍能實時接收到D1視頻并進(jìn)行播放；當(dāng)信道容量 C < 0. 3Mbps，編碼分辨率切換為CIF，依然能夠傳輸和播放低分辨率視頻。因而本發(fā)明能夠 進(jìn)行有效傳輸并準(zhǔn)確解碼播放的總數(shù)據(jù)量為：
[0028] S，= 5MpbsX20s+lMpbsX80s+0. 3MpsX200s = 240Mbit
[0029] 比較S和S'，S' /S = 2. 4倍，由此可見本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)中的TD-LTE系 統(tǒng)能夠有效提高TD-LTE系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)傳輸性能，能夠在信道動態(tài)變化條件下保證視頻 傳輸?shù)挠行院透纳埔曨l播放的質(zhì)量。
[0030] 在本發(fā)明的實施例中，本發(fā)明的視頻源端由視頻編碼模塊和TD-LTE信道檢測模 塊組成。TD-LTE信道檢測模塊負(fù)責(zé)根據(jù)TD-LTE終端反饋信息來檢測信道狀況并獲取信道 帶寬、信號強(qiáng)度和信道誤碼率；視頻編碼模塊支持H. 264或SVAC格式的視頻編碼，SVAC視 頻編碼支持視頻分辨率、幀率和圖像量化系數(shù)的實時調(diào)整。首先根據(jù)信道帶寬可以確定視 頻分辨率，信道帶寬和編碼系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下表1所示，然后再根據(jù)信號強(qiáng)度和信道誤 碼率動態(tài)調(diào)整幀率和QP。
[0031] 表1實施例中信道帶寬與視頻編碼系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于TD-LTE信道檢測的視頻編碼與傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，將基于信道檢測 的自適應(yīng)視頻編碼與傳輸技術(shù)用于TD-LTE系統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)，通過在視頻源端增加 TD-LTE信 道實時檢測模塊和視頻編碼系數(shù)估計模塊來實現(xiàn)視頻碼率隨著信道狀況變化的自適應(yīng)調(diào) 整；在視頻源端通過實時檢測模塊獲得TD-LTE系統(tǒng)的信道容量、信道誤碼率和接收信號強(qiáng) 度等參數(shù)來確定分辨率、量化系數(shù)QP和幀率等視頻編碼系數(shù)，實現(xiàn)了基于信道檢測的視頻 編碼碼率的自適應(yīng)調(diào)整；與此同時，視頻終端的播放器根據(jù)視頻流攜帶的分辨率、幀率和量 化系數(shù)QP自動調(diào)整解碼器參數(shù)并進(jìn)行解碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于TD-LTE信道檢測的視頻編碼與傳輸?shù)姆椒ǎ涮卣?在于，包括以下具體步驟： (1) 視頻源端根據(jù)TD-LTE信道狀態(tài)信息，檢測和估計出信道帶寬、信號強(qiáng)度和信道誤 碼率三個參數(shù)； (2) 視頻源端首先根據(jù)信道帶寬確定視頻編碼的分辨率，然后根據(jù)信號強(qiáng)度和信道誤 碼率實時調(diào)整視頻編碼的幀率和量化系數(shù)QP ; a) 視頻源端的編碼器根據(jù)信道帶寬確定編碼分辨率的檔次，當(dāng)信道帶寬較大時，選擇 分辨率較高的1080P和720P ;當(dāng)信道帶寬較小時，選擇分辨率較低的D1和CIF ; b) 在視頻源端的編碼器確定了視頻分辨率后，再根據(jù)信道誤碼率和信號強(qiáng)度實時調(diào)整 QP，QP值變化范圍為20?45 ;當(dāng)信道誤碼率較高或接收信號較弱時，降低編碼QP值；當(dāng)信 道誤碼率較低或接收信號較強(qiáng)時，提高編碼QP值； c) 視頻源端的編碼器根據(jù)信道誤碼率和信號強(qiáng)度實時調(diào)整幀率，幀率范圍為1?25幀 /秒；當(dāng)信道誤碼率較高或信號較弱時，降低幀率；當(dāng)信道誤碼率較低或信號較強(qiáng)時，提高 幀率； (3) 視頻源端的編碼器據(jù)估計得到的分辨率、幀率和量化系數(shù)QP三個系數(shù)，啟動視頻 編碼，并同時執(zhí)行步驟（1)和步驟（2); (4) 視頻終端的播放器根據(jù)視頻流攜帶的分辨率、幀率和量化系數(shù)QP自動調(diào)整解碼器 參數(shù)，并進(jìn)行解碼和播放。
【文檔編號】H04N21/24GK104219539SQ201410513327
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】吳利平, 盧煜, 趙榮輝, 韓江雪, 王為民, 潘冀寧 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安全技術(shù)開發(fā)公司