一种基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法，基站声明某个视频多播服务，小区中所有感兴趣的用户加入该服务并形成多播簇；以视频编码中的一个基本单位GOP的传输时间为周期，基站将视频流多播给簇内用户；在多播子时隙结束后，用户检查自己收到的信息，将GOP中有分组丢失的帧的序号上报给基站；基站接收用户的反馈信息，根据待修复帧的优先级建立顺序表，建立目标帧ACK‑devices、NACK‑devices之间D2D链路的CQI矩阵；根据CQI矩阵进行中继选择和分组，计算传输目标帧m需要的时间Tm；传输完成，删除顺序表中当前目标帧的序号。本发明专利技术有效克服多媒体多播中多播速率总是受到簇内最差衰落信道的影响，从用户角度出发在有限频谱资源内较大程度地提高视频质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信(多媒体多播)
，尤其涉及一种基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法。
技术介绍
无线通信采用电磁波进行信息传递，是近些年迅速发展起来的新
，它采用的无线传播手段代替缆线类物理传输媒质，使得用户得以接入网络，因而能够降低成本、提高灵活性和扩展性。自七十年代末美国出现第一个用于商业的蜂窝电话系统，移动无线通信经历了第一代蜂窝网络到第二代移动通信技术(2G)数字蜂窝系统到第三代移动通信技术(3G)宽带无线系统再到长期演进(LTE，LongTermEvolution)，等系统的变迁。通信技术的改进使得用户能够得到越来越高质量的服务。同时，随着因特网和智能终端的飞速发展，手机用户随时随地都可能有庞大的数据业务传输需求，这其中以视频业务占主体。思科公司的报告中曾提出：到2019年，视频流量将是2014年的15倍，占整个移动数据流量的75％。但在如今通信需求大、频谱资源紧张的状况下，网络频谱的使用并不充分。美国联邦委员会的研究报告表明：无线通信频段频谱利用率较低，一些分配的频段非常拥挤，而一些授权频段则长期空闲，尤其蜂窝网络的上行频谱使用随机，利用率不高。如何在利用有限的频谱资源来应对如此爆炸式增长的视频数据流量成了亟待解决的问题。第三代合作伙伴计划(3GPP，thethirdGenerationPartnershipProject)提出了一个解决方案就是利用无线传输的天然特性在蜂窝网络中进行广播或者多播称为多媒体广播多播服务(MBMS，MultimediaBroadcastMulticastService)。在3GPP的R8阶段(3GPP’sRelease8)中，MBMS已经加入LTE标准下并且被扩展成为演进的MBMS(eMBMS,evolvedMBMS)。在eMBMS网络中，多播服务采用传统多播方案(CMS,ConventionalMulticastScheme)，基站同时用统一的速率为多播组内用户进行数据传输。在实际应用中，由于不同的用户处在不同的地理位置，从基站到这些用户的信道条件也各不相同。为保证多播组内所有用户都能正确接收到数据，应用多媒体多播其中一个关键的挑战是：如何处理这些各不相同的衰落信道？在这里，我们用一个例子来说明。假设有两个用户，其中一个的信道“好”，另外一个信道较“差”。传统多播方案中，基站(基站)通过较“差”的信道给这些用户多播一个视频流，传输速率较低，视频质量较差。若基站通过“好”信道给用户多播，信道“差”的用户将无法解码。为解决上述问题，学者们提出了各种各样的解决方案。文章“T.P.Low,M.O.Pun,Y.W.P.Hong,andC.C.J.Kuo,Optimizedopportunisticmulticastscheduling(OMS)overwirelesscellularnetworks”提出了机会多播方案(OMS，opportunisticmulticastscheduling)，就是在每个传输时间间隔内(TTI，TransmissionTimeInterval)，基站只为多播组中信道质量条件“好”的用户进行服务以最大化他们的QoS。这样的做法保证了系统传输速率的提升，但是显然用户的公平性无法得到保证。除了CMS和OMS两种单速率(single-rate)传输方案外。也有一些学者致力于多速率(multi-rate)多播传输方案的研究，比如文章“L.Militano,M.Condoluci,G.Araniti,andA.Iera,MulticastservicedeliverysolutionsinLTE-Advancedsystems”和文章“L.Militanoetal,RadioresourcemanagementforgrouporientedservicesinLTE-A”。多速率传输方案一般的思路是利用用户信道质量条件的差异性，对多播组内用户进行进一步划分，形成子分组，对于不同的子分组采用不同的传输速率进传输。近年来，设备之间的链路直传被考虑加入多媒体多播服务，来克服上述方案只考虑将基站作为发送端带来的一些缺点。大部分现存的设备直传传输方案的焦点在于，非授权频段上的短距离传输。如文章“S.C.Spinella,G.Araniti,A.Iera,andA.Molinaro,Integrationofad-hocnetworkswithinfrastructuredsystemsformulticastservicesprovisioning,”，在蜂窝网络中将一些移动终端设备作为传输点，通过多跳ad-hocWi-Fi链路为其地理位置附近的其他设备转发从基站处接收到的多播数据。然而这些方案由于工作频段跟蜂窝网络的不统一需要对无线网络的空中接口做一些修改，实际应用性不高。因此，在蜂窝网络基站统一管理下的D2D(Device-to-Device)通信和多媒体多播结合在一起显得十分必要。引入D2D通信的蜂窝网络有如下优点：1)基站负载低，仅在蜂窝传输模式下，当用户增加或者数据传输需求增大时，基站的负载是呈加和形式的，其相应的数据处理能力和信息传输能力需要很大的提高。而D2D是设备之间的通信，数据传输不经过基站中转，因而减轻了基站的负载压力。2)终端能耗低，属于短距离通信技术，传输路径损耗相对较小，在保证目标信噪比要求下，用户可以在一定程度上降低发射功率。当保持发射功率不变时，可以提高信噪比、增加吞吐量。当小区边缘用户使用D2D技术进行数据传输时，终端无需克服远距离的路径损耗与基站通信，终端设备的直接数据传输有助于减少发射功率、提高服务质量。3)频谱利用率高，用户可以基于网络链路状态及资源使用情况灵活地选择复用的信道，充分调度频谱资源，提高其利用率。短距离通信在提高网络吞吐量的同时，改善了频谱使用情况。4)可靠性高，D2D通信可以复用蜂窝网络的授权频段，通过基站对用户资源分配和功率的控制自身对系统小区的干扰，以此来提供更加稳定可靠的通信环境。D2D通信不同于蓝牙等短距离通信技术，其建立和连接由蜂窝网络系统执行，对于终端而言，属于透明传输，因而改善了用户体验。根据D2D通信所使用的无线资源情况，D2D通信的工作模式可以分为三类：专用模式、复用模式、蜂窝模式。其中，专用模式是指D2D通信用户利用专用的无线资源进行通信。此时，小区内的蜂窝通信用户与D2D通信用户利用的无线资源是相互正交的，相互之间不会产生干扰。复用模式是指D2D通信用户共享小区内其他的蜂窝通信用户的无线资源。因为在蜂窝通信中，存在着上行通信链路和下行通信链路。所以，D2D通信用户既可以复用小区内其他蜂窝通信用户的上行通信链路的资源也可以共用蜂窝通信用户的下行通信链路的资源。当D2D通信工作复共用模式下，蜂窝通信与D2D通信之间会产生干扰。为了保证通信的顺利进行，应该采取有效的干扰控制技术来限制他们之间的干扰。蜂窝模式是指D2D通信需要经过基站进行中继转发，此时，D2D通信不仅需要上行通信链路的资源也需要下行通信链路的资源，跟普通的蜂窝用户没有明显区别。基于D2D通信的多媒体协作多播方案中，属于同一多播组距离较近的用户直接可以利用蜂窝网络资源进行设备间的链路直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法，其特征在于，所述基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法包括以下步骤：步骤一，基站声明某个视频多播服务，小区中所有感兴趣的用户加入该服务并形成多播簇；步骤二，以视频编码中的一个基本单位GOP(Group of Pictures,画面组)的传输时间为周期，基站将视频流多播给簇内用户；下面以一个周期的长度(也称为一个时隙)为例，对后续步骤进行说明：步骤三，在多播子时隙结束后，用户检查检查自己收到的信息，将GOP中有分组丢失的帧的序号上报给基站；步骤四，基站接收用户的反馈信息，根据待修复帧的“价值”建立顺序表，将当前具有最高优先级的帧称为目标帧，建立目标帧ACK‑devices、NACK‑devices之间D2D链路的CQI矩阵；步骤五，根据CQI矩阵进行中继选择和分组，计算传输目标帧m需要的时间Tm；步骤六，Tnow表示当前时刻，D2D子时隙开始时初始化为0，Tm+Tnow≤Deadline；若Tm+Tnow＞Deadline返回步骤三，进行下一GOP的传输；步骤七，中继用户向其组内成员以D2D通信的方式对目标帧进行重传，Tnow＝Tnow+Tm；步骤八，目标帧传输完成，将其序号从顺序表中删除，返回步骤四，进行下一目标帧的传输。...

【技术特征摘要】
1.一种基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法，其特征在于，所述基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法包括以下步骤：步骤一，基站声明某个视频多播服务，小区中所有感兴趣的用户加入该服务并形成多播簇；步骤二，以视频编码中的一个基本单位GOP(GroupofPictures,画面组)的传输时间为周期，基站将视频流多播给簇内用户；下面以一个周期的长度(也称为一个时隙)为例，对后续步骤进行说明：步骤三，在多播子时隙结束后，用户检查检查自己收到的信息，将GOP中有分组丢失的帧的序号上报给基站；步骤四，基站接收用户的反馈信息，根据待修复帧的“价值”建立顺序表，将当前具有最高优先级的帧称为目标帧，建立目标帧ACK-devices、NACK-devices之间D2D链路的CQI矩阵；步骤五，根据CQI矩阵进行中继选择和分组，计算传输目标帧m需要的时间Tm；步骤六，Tnow表示当前时刻，D2D子时隙开始时初始化为0，Tm+Tnow≤Deadline；若Tm+Tnow＞Deadline返回步骤三，进行下一GOP的传输；步骤七，中继用户向其组内成员以D2D通信的方式对目标帧进行重传，Tnow＝Tnow+Tm；步骤八，目标帧传输完成，将其序号从顺序表中删除，返回步骤四，进行下一目标帧的传输。2.如权利要求1所述的基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：某个视频帧“价值”越大，优先级越高；对于具有相同“价值”的视频帧，需要的人数越多，优先级越高。3.如权利要求1所述的基于视频帧结构和D2D通信的视频多播方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：根据顺序表中待传帧的序号，逐个进行传输，建立当前目标帧ACK-devices和NACK-devices之间D2...

【专利技术属性】
技术研发人员：阔永红，陈博，杨龙，陈健，贺冰涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61