基于模糊自适应算法的无线视频多路径同步传输方法

刘 烈 君

(南京审计大学 实验中心，南京 211815)

无线视频多路径同步传输发展至今，其无线音视频编码形式也多种多样，对图像有较高要求的，图像压缩编码一般采用MPEG-2格式[1].为了使无线视频传输分辨率在700×500以上，需要控制无线视频编码的PAL/N分辨格式.通过模拟微波、WiFi等技术实现对应的无线传输[2].针对这些优势技术进行分析可以发现，虽然无线视频多路径传输能够解决无线传输的根本问题，并在一定程度上保障无线视频分辨率不低于标准要求，但目前的技术仅仅局限于视距传输，同步传输不支持传输距离发生变化[3].这就使得无线视频同步传输的用户基群受到了限制，使得无线视频传输的需求难以被满足.并且，当前形成的大部分无线视频传输标准都参照国内的数字电视标准，当无线视频的传输点非通视和有阻挡的环境中，如在城区或者建筑物内进行视频同步传输，这类无线视频同步传输的绕射和穿透能力不足[4].

因此本文通过修改无线视频同步传输路径，对无线视频的信号传输幅值进行控制，并针对历史数据传输记录进行提取，通过配置无线视频多路径传输接口，对数据传输绕射能力进行测量，并针对信号传输的特性进行分析.

1 无线视频多路径同步传输方法设计

1.1 控制无线视频多路径信号传输幅值

对无线视频多路径信号的传输幅值进行控制，首先要考虑到图像数据传输信号的稳定性，当传输路径信源编码过程产生MPEG码流[5].其连续长“0”与连续长“1”中的码流片段可能会以随机序列的形式出现，这个时候出现的码流片段对多路径传输接收端的恢复不利[6].因此，需要重新对码流片段中的连续长“0”与连续长“1”进行序列重组，如图1所示.

图1 重组无线视频信号码流片段Figure 1 Reorganize wireless video signal code stream fragments

通过图1中无线视频信号码流片段的重组，将无线视频信号码流片段进行能量分散过程，对码流数据中的无线视频信号传输幅值进行计算[7].据此得到无线视频随机序列生成的传输幅值多项式如下.

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

(1)

其中：x为无线视频随机序列初始幅值.利用该无线视频随机序列的传输幅值，初始化处理无线视频多路径信号伪随机序列，并以8个TS包为间隔距离，对传输包中的同步字节进行反取[8].对MPEG码流中的数据编译，通过字节单位输入TS码流，利用RS编码加扰处理无线视频多路径信号传输幅值，对需要进行无线视频多路径信号传输的幅值数据进行整合[9].补足无线视频多路径信号传输幅值，并对幅值深度信息进行估计，利用幅值深度信息对无线视频多路径间隔进行切割[10].同时将处理信息记录进行存储，并对无线视频多路径幅值控制编码序列b(x)进行计算如下.

(2)

其中：τ为无线视频多路径信号传输幅值控制切片长度，通过多路径幅值控制编码序列，对无线视频基线保持距离进行记录[11].据此实现无线视频多路径信号的传输幅值控制，并基于无线视频多路径信号传输幅值的控制，对无线视频多路径传输接口进行配置.

1.2 配置无线视频多路径传输接口

为了保证无线视频多路径同步传输效率，根据无线视频多路径信号传输幅值的控制结果，对无线视频多路径传输接口进行配置，从而避免无线视频多路径传输受不相干因素干扰[12].因此，以多路径传输间隔为单位，对无线视频多路径传输码率的基础参数进行设定，如表1所示.

通过对无线视频多路径传输码率的基础参数设定，在无线视频多路径传输码率中分别选择四种信道编码对应的基础参数[13].采用(204，188)编码对无线视频多路径传输码率设定接口位置，避免无线视频和网络吞吐量产生失配的情况出现，因此得到无线视频多路径传输接口的配置结构，如图2所示.

表1 设定无线视频多路径传输码率的基础参数Table 1 Set the basic parameters of wireless video multi-path transmission code rate

图2 无线视频多路径传输接口的配置结构Figure 2 Configuration structure of wireless video multi-path transmission interface

通过图2中无线视频多路径传输接口的配置结构，并通过模糊自适算法，对无线视频传输数据进行采集，通过传输接口端对无线视频传输数据存储接收，完成对无线视频传输数据的采集过程.

1.3 基于模糊自适应算法采集无线视频传输数据

根据无线视频多路径传输接口配置，利用模糊自适应算法对无线视频传输数据进行采集[14].基于模糊自适应算法，对无线视频传输数据的缓存余量和网络吞吐量进行计算[15].由于无线视频传输网络吞吐量关乎无线视频传输数据的完整度，因此，要对无线视频传输数据第k个切片内容的字节数进行计算，计算如下.

T(k)=v(k)×τ/t

(3)

其中：无线视频传输数据切片k完成传输的时间大小为t，无线视频传输数据切片的时间间隔为τ，将第k个视频切片的码率的数据字节长度表示为v(k)[16].根据传输数据字节数判断无线视频同步传输数据的客户端缓存余量，如图3所示.

图3 无线视频同步传输数据的客户端缓存余量Figure 3 Client buffer margin for synchronous transmission of wireless video data

以此确定当前无线视频传输数据是否可用模糊自适应算法进行采集，考虑到无线视频传输数据的采集便利性，对无线视频模糊自适应算法的缓存度量单位进行计算[17].由此得到计算第k个无线视频传输切片的传输数据缓存余量b(k).

(4)

其中：第k个无线视频数据切片完成传输的缓存余量为Δb(k)，则无线视频数据传输的缓存变化量为k>1，利用模糊自适应算法，对无线视频传输数据的字节数进行采集.判断当前网络吞吐量是否对数据采集的完整性造成影响，当出现无线视频数据传输码率低于申请量时，可以得到无线视频数据传输的缓存余量最小.此时，对无线视频数据同步传输的缓存下溢范围进行确定，计算如下.

(5)

其中：n为无线视频数据传输的缓存序列数量，τi为无线视频数据传输序列对应的下溢值.当前的网络吞吐量小于申请的视频码率时，通过减少无线视频的缓存余量，对无线视频的数据缓存视频码率大小进行测算，当出现视频码率数据下载申请时，针对该缓存下溢量数据内容进行采集.当出现缓存上溢量提高时，对该无线视频的数据缓存视频码率进行调整，在保证无线视频同步传输分辨率在标准范围内的同时，利用模糊自适应算法对缓存上溢量进行计算.

无线视频同步传输的缓存上溢量为传输数据的溢出门限，通过确定传输数据的溢出最大值，对溢出无线视频同步传输数据部分进行剔除，通过限制用户的QOE保留无线视频同步传输的分辨率大小，并在安全区间内对无线视频同步传输数据进行采集，据此得到针对无线视频数据传输序列的采集公式为：

(6)

将得到无线视频数据传输序列中的传输数据从序列中剥离出来，对视频切片间隔进行确定，对于出现的第(k+1)个视频切片传输数据进行确定，以此类推实现对无线视频传输数据内容的采集，针对无线视频的传输数据的视频切面码率v(k+1)进行测量，当v(k+1)≥1时，对无线视频数据切片间隔的传输数据进行采集如下：

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

(7)

通过模糊自适应算法采集无线视频传输数据，对无线视频的多路径同步传输数据进行记录存储，进一步对存储数据进行同步解压整理，完成无线视频多路径同步传输.

1.4 完成无线视频多路径同步传输

对模糊自适应算法采集的无线视频进行定长外交织，通过处理定长数据包，按照规律延时输出无线视频传输数据，并对数据内容进行处理，按照指定规则，将数据内容整理成无线视频的数据传输序列.以双端口RAM作为多路径传输中心，按照指定规则排列并读出规律延时端口，根据读写控制器的读出顺序整理数据传输序列.通过控制延时操作实现无线视频多路径同步传输，如图4所示.

图4 控制延时操作实现无线视频多路径同步传输Figure 4 Control delay operation to realize wireless video multi-path synchronous transmission

通过控制延时操作，对无线视频多路径同步传输外交织长度进行测量，通过多路径同步处理，将传输数据包中的外交织器深度进行连接，并通过寄存器I存储传输数据包中的数据内容，针对无线视频同步传输卷积交织地址进行监测，以时钟周期I为时间间隔进行计数，当叠加数小于基础既定值时，对数据包内的数据进行解压处理，当基础既定值小于叠加数时，对同步传输卷积数据压缩内容进行模糊自适应计算如下.

(8)

通过模糊自适应计算结果进行数据压缩内容进行梳理，完成无线视频多路径同步传输.

2 实验分析

2.1 实验准备

在实验开始前，对实验环境进行搭建，通过N1PEG筛选视频源，并对无线视频传输网络环境进行设置，选择数段视频编码长度为深度的音像视频，为了保证无线视频的传输同步，对无线视频的播放拼接时间进行测量，并对实验样本视频长度进行扩展，确保视频时长在400 s之内，并通过深度编码单试点进行编码.对此确定实验环境供电电源和编码平台和逆变驱动器的型号.针对无线视频传输的多路径单试点编码比特率进行计算，分别应用测试算法，对无线视频进行多路径同步传输，已知采用视频总编码质量为18 000、14 000和9 000的无线视频类型，在同种常见的网络变化环境下，测试无线视频传输的比特率.

2.2 对比多路径单视点传输比特率

应用文献[2-3]方法与基于模糊自适应算法的无线视频多路径同步传输方法分别对视频总编码质量为18 000、14 000和9 000的无线视频类型进行测量，得到对应的多路径单试点传输比特率十组结果，如表2～4所示.

表2 编码质量18 000的多路径单视点传输比特率Tab.2 Multi-path single-view transmission bit rate with coding quality of 18 000

视频总编码质量为18 000的路径单视点传输比特率中，文献[2]方法的多路径单视点传输比特率最高为4 399 Kbit/s，文献[2]方法的多路径单视点传输比特率最低为3 067Kbit/s.文献[3]方法的多路径单视点传输比特率最高为4 982 Kbit/s，文献[3]方法的多路径单视点传输比特率最低为3 209 Kbit/s.基于模糊自适应算法的无线视频多路径同步传输方法的多路径单视点传输比特率最高为5 887 Kbit/s，多路径单视点传输比特率最低为5 134 Kbit/s.

表3 编码质量14 000的多路径单视点传输比特率Tab.3 Multi-path single-view transmission bit rate with coding quality of 14 000

表4 编码质量9 000的多路径单视点传输比特率Tab.4 Multi-path single-view transmission bit rate with coding quality of 9 000

视频总编码质量为14 000的路径单视点传输比特率中，文献[2]方法的多路径单视点传输比特率最高为2 608 Kbit/s，文献[2]方法的多路径单视点传输比特率最低为2 074 Kbit/s.文献[3]方法的多路径单视点传输比特率最高为2 989 Kbit/s，文献[3]方法的多路径单视点传输比特率最低为2 011 Kbit/s.基于模糊自适应算法的无线视频多路径同步传输方法的多路径单视点传输比特率最高为5 888 Kbit/s，多路径单视点传输比特率最低为4 399 Kbit/s.

视频总编码质量为14 000的路径单视点传输比特率中，文献[2]方法的多路径单视点传输比特率最高为2 976 Kbit/s，文献[2]方法的多路径单视点传输比特率最低为2 010 Kbit/s.文献[3]方法的多路径单视点传输比特率最高为2 912 Kbit/s，文献[3]方法的多路径单视点传输比特率最低为2 178 Kbit/s.基于模糊自适应算法的无线视频多路径同步传输方法的多路径单视点传输比特率最高为5 763 Kbit/s，多路径单视点传输比特率最低为5 116 Kbit/s.因此，基于模糊自适应算法的无线视频多路径同步传输方法更好.

3 结 语

本文提升了无线视频多路径传输效率,改变了无线视频的传输方式，通过多路径传输使得无线视频的传输点可以随意变动.今后应对视频传输的模糊控制自适应算法做研究，通过视频传输状态对网络吞吐量进行判断，进一步确定视频编码等级和视点数目，从而提高无线视频的传输质量.