CN101820327A - 一种结合信源多描述特征的中继传输方法、***和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合信源多描述特征的中继传输方法、***和设备。该方法应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，方法包括：所述中继站接收所述基站经过多描述信源编码发送的全部信息；所述中继站根据本设备所属的中继分组以及所述全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行调制编码；所述中继站将所述调制编码后的描述流向用户终端发送，直至所述描述流到达所述用户终端。通过使用本发明，使用结合信源多描述特征的中继传输方式，能够有效地提高多媒体信息的传输速率和***的鲁棒性。

Description

一种结合信源多描述特征的中继传输方法、***和设备

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种结合信源多描述特征的中继传输方法、***和设备。

背景技术

在目前关于视频编码的研究中，有两种不同的信源编码思想：基于多分辨率的分级编码SC(Scalable Coding)和基于多描述的编码MDC(MultipleDescription Coding)。

基于多分辨率的分级编码，通过小波变换、DCT(Discrete CosineTransform，离散余弦)变换等正交变换把视频分为基本层和增强层：基本层包含低频信息，增强层包含高频信息。基本层的信息优先级高，需要有可靠的传输链路；增强层的信息优先级低，对链路可靠性的要求低。根据终端不同的信道质量，如果信道性能过差，增强层的部分信息可以丢弃。这类编码适合用于存在有多个具有不等错误保护能力的路径的网络中。

基于多描述的信源编码是把原始的图像或视频分成几个等价的部分，其中每一部分称为一个描述，各个描述之间具有较强的相关性。各个描述通过不同的网络路径传送到接收端。接收端只要接收到其中一个描述，就能重建一定质量的图像或视频信息，收到的描述数越多，那么可获得一定的分集效果，重建图像或视频的质量越好。与采用非平衡错误保护的分级编码相比，特别适合于不具有不等错误保护能力的路径的传输网络。多描述编解码模型的示意图如图1所示，将同一图像分解成多个描述，对每个描述独立编码并通过不同信道传输到解码器，解码器可以对任意个数的描述流进行解码。

现有技术中，蜂窝中继网络的示意图如图2所示，通过把“多跳”技术融入现有蜂窝网络(又称为传统蜂窝网络)，缩短了通信节点间的通信距离，提高了通信链路的质量和信道容量。因此，蜂窝中继网络能提高小区覆盖范围、增强小区容量，有效地满足下一代移动***对大范围内高速率业务的覆盖要求。

现有技术中存在的问题在于：

多描述视频编码已经得到很好的研究，已有很多种多描述编码方式：多描述量化编码、基于变换的MDC、前向纠错MDC和基于量化框架膨胀的MDC。不过现有的MDC一般只应用于有线网络中，这是因为应用MDC的前提是网络中存在端到端的多条传输链路，在无线网络中应用非常少。

发明内容

本发明提供一种结合信源多描述特征的中继传输方法、***和设备，用于提高无线网络中多媒体信息的传输效率以及***的鲁棒性。

本发明提供了一种中继传输方法，应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，所述方法包括：

所述中继站接收所述基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；

所述中继站根据本设备所属的中继分组以及所述全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行调制编码；

所述中继站将所述调制编码后的描述流向用户终端发送，直至所述描述流到达所述用户终端。

其中，所述中继站接收所述基站发送的全部信息前，还包括：

将多个中继站划分为属于不同的中继分组，所述中继分组的划分方式为静态设置，或根据预设的周期进行动态调整；所述基站根据源多媒体内容以及所述中继分组结果进行相应多描述信源编码，并对多描述编码结果进行调制编码得到全部信息。

其中，所述中继站根据本设备所属的中继分组以及所述全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行编码调制，包括：

所述中继站对接收到的全部信息进行解码，得到比特流信息；

所述中继站对所述解码得到的比特流信息进行已知固定描述规律的抽样，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流；

所述中继站对所述获取到的描述流进行调制编码。

其中，还包括：

根据所述多描述流中每一条描述流的比特数，与对所述全部信息所含比特数的比值，确定在所述基站到所述中继站之间的链路、以及所述中继站到所述用户终端之间的链路的调制编码方式。

其中，还包括：

所述用户终端根据从不同的中继站接收到的描述流，进行基于多描述的解码，得到所述基站发送的全部信息并还原源多媒体内容。

本发明还提供了一种中继传输***，包括基站、多个中继站和用户终端，其中：

所述基站，用于对源多媒体内容进行多描述信源编码后得到全部信息并向所有中继站发送；

所述中继站，用于接收所述基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；并根据所属的中继分组以及所述全部信息，获取与所述所属的中继分组对应的描述流；将所述获取的描述流向用户终端发送，直至所述描述流到达所述用户终端；

所述用户终端，用于根据从不同的中继站接收到的描述流，进行基于多描述的解码，得到所述基站发送的全部信息并还原源多媒体内容。

本发明还提供了一种基站，所述基站应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，所述基站包括：

中心调度单元，用于接收中继站反馈的中继分组结果；

多描述信源编码单元，用于将源多媒体内容根据所述中继分组结果进行相应多描述信源编码，并对多描述编码结果进行调制编码；

发送单元，用于将所述经过调制编码后的全部信息发送至所有中继站。

本发明还提供了一种中继站，所述中继站应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，所述中继站包括：

接收单元，用于接收所述基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；

处理单元，用于根据本设备所属的中继分组以及所述接收单元接收的全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行调制编码；

发送单元，用于将所述处理单元调制编码后的描述流向用户终端发送，直至所述描述流到达所述用户终端。

其中，还包括：

分组确定单元，用于根据将多个中继站划分为属于不同的中继分组的划分结果，获取自身所属的中继分组，所述中继分组的划分方式为静态设置，或根据预设的周期进行动态调整。

其中，所述处理单元，具体用于：

对接收到的全部信息进行解码，得到比特流信息；

对所述解码得到的比特流信息进行已知固定描述规律的抽样，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流；

对所述获取到的描述流进行调制编码。

其中，还包括：

调制编码方式获取单元，用于根据所述多描述流中每一条描述流的比特数，与对所述全部信息所含的比特数的比值，确定在所述基站到所述中继站之间的链路、以及所述中继站到所述用户终端之间的链路的调制编码方式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过使用本发明，使用结合信源多描述特征的中继传输方式，能够有效地提高多媒体信息的传输速率和***的鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中多描述编解码模型的示意图；

图2是现有技术中蜂窝中继网络的示意图；

图3是本发明中提供的中继传输方法的流程图；

图4是本发明应用场景中两跳中继网络的网络架构示意图；

图5是本发明应用场景中RN工作于MDF模式时，所使用的传输方案示意图；

图6是本发明应用场景中RN工作于DF模式时，所使用的传输方案示意图；

图7是本发明应用场景中仿真得到的TP_imag-SNR_{eNB_RN}曲线；

图8是本发明应用场景中仿真得到的TP_imag-SNR_{RN_UE}曲线图；

图9是本发明中提供的基站的结构示意图；

图10是本发明中提供的中继站的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由现有技术中对多描述编码的了解可以知道，在基站和用户终端之间从发到收的过程中，必须存在两条及以上的路径才能够使用多描述编码方法。随着中继网络的出现，通过在小区内放置多个中继，使得基站到用户可能存在两条甚至多条链路，为多描述编码在中继网络中的应用提供了条件。

基于此，本发明中提供了一种中继传输方法，应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，如图3所示，该方法包括：

步骤s301、中继站接收基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；

步骤s302、中继站根据本设备所属的中继分组以及全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行调制编码；

步骤s303、中继站将调制编码后的描述流向用户终端发送，直至描述流到达用户终端。

本发明的一个应用场景中，结合信源多描述编码的两跳中继网络的网络架构示意图如图4所示，处于小区中部的UE(User Equipment，用户终端)可以直接接收eNB(evolved NodeB，基站)发送的信息，而小区边缘的UE通过中继站(Relay Node，RN)的转接，间接与eNB相连，接收来自RN的转发数据。

以下以下行链路为例，对本发明中提供的方法的具体实施方式进行说明。图4为两跳的中继网络，根据多描述编码的描述数N，将中继分为N组，同组的中继转发相同编号的描述流。其中假设UE距离eNB较远，需通过中继与eNB通信；MD表示经过多描述信源编码的多描述信息，即全部信息；MD_i(i＝1，2，…，N)为多描述编码的第i个描述流；RN表示中继站，RN_i表示转发第i个描述流的中继站。

一般情况下，eNB可以根据UE的反馈信息设定中继分组，并将源多媒体内容根据中继分组结果进行相应多描述信源编码，并对多描述编码结果进行调制编码。对于广播网络，由于eNB是群发信息，UE没有反馈链路，可以使物理位置相近的RN交替属于不同的分组。此时，eNB可以通过中继固定反馈信号获得中继分组结果，RN工作于MDF(Multiple Description Forward，多描述解码转发)模式，且根据RN的预先分组设置，不同组的中继转发不同编号的描述流信息。接收端恢复的图像质量用PSNR(Peak Signal to NoiseRatio，峰值信噪比)来衡量。传输分两个阶段进行：

第一阶段，eNB以设定好的调制编码方式：QM_eNB和Rate_eNB(分别为第一跳传输链路，即eNB到RN链路，的调制方式对应的比特数和信道编码的编码速率)发送MD，以保证中心用户和中继站的接收。RN_i将收到图像的信息进行解码，得到比特流信息。

第二阶段，RN_i对解码得到的比特流信息获取该中继相应的描述信息，得到自己所要转发的MD_i，并按照设定好的调制编码方式：QM_eNB和Rate_eNB(分别为第二跳传输链路，即RN_i到UE链路，的调制方式对应的比特数和信道编码的编码速率)对MD_i进行编码调制，然后把相应的结果转发出去。

对于UE，无论接收到几个描述流，都能进行解码，恢复相应质量的图像。

当多描述编码方案确定时，两跳链路对应的编码调制方式确定方法如下：

假设图像视频信息经过多描述编码后MD_i的比特数与图像视频信息经过多描述编码后的所有描述流的比特数之比为η，则根据式(1)确定第一跳和第二跳链路的调制编码方式。

η×QM_eNB/Rate_eNB＝QM_RN/Rate_RN    (1)

当两者不能完全相等时，可以通过添加冗余信息使得保证两链路上符号速率一致。

在中继网络中，一般eNB到RN链路性能好于RN到UE链路性能。当RN工作于DF(Decode and Forward，传统解码转发)模式时，为了保证通过RN接入的边缘用户的性能，在第二跳链路传输过程中采用较低的信息速率，从而也限制了第一跳的传输速率这样会对第一跳链路的容量造成浪费。当RN工作于MDF模式时，通过匹配第一跳和第二跳链路的调制编码方案，充分利用了这两跳的链路的容量，在保证用户接收性能的前提下，提高了传输图像的效率。

以下对本发明提供的方法中涉及的中继传输方案进行仿真并描述仿真结果。RN进行多描述编码转发，在对抗突发网络突发错误的同时，提高图像视频的传输效率。所以，综合考虑发送图像信息的效率和质量，引入类似吞吐量的参数TP_imag来进行综合表征，定义为

TP_imag＝L_imag×(1-PER_imag)(2)

公式(2)中：

L_imag表征图像大小，可以是一幅图像的列像素点数，行像素点数或总像素点数，也可以用归一化的形式表示；

PER_imag＝P(PSNR＜PSNR_fix)，PSNR_fix为一设定好的阈值，当用户接收图像的PSNR满足PSNR＜PSNR_fix时认为图像接收不理想；反之，则认为图像接收成功。

为了描述简单，在不失一般性的情况下，令UE接入的RN数为2，多描述流N＝2具体仿真参数如表1所示。

表1仿真参数

eNB天线数	1
		RN天线数	1
UE天线数	2
		多描述编码方法	基于像素点的奇偶分帧，η为0.5
像素点的量化比特数	4bit
		信道编码	Turbo，码率为1/3

由于UE接入两个RN，RN存在MDF和DF两种转发模式。对应的仿真方案分别说明如下：

(一)RN工作于MDF模式时，所使用的传输方案示意图如图5所示。eNB群发MD信息，以保证中心用户和中继站的接收，采用的调制方式为16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)，信道编码速率Rate＝1/3。RN将收到的信息进行解调译码，然后对信源信息进行多描述编码η＝0.5，并根据RN预先的分组设置转发对应编号的描述流，即RN₁转发MD₁，RN₂转发MD₂。此时采用的调制方式变为QPSK(Quadrature Phase ShiftKeying，正交相移键控)，编码速率不变。UE将接收到的信号进行解调译码后进行多描述的合并。由于多描述编码后，信息数据量将为一半，则第一跳和第二跳链路的符号速率保持不变。

(二)RN工作于DF模式时，所使用的传输方案如图6示意图所示。eNB群发MD信息，以保证中心用户和中继站的接收，采用的调制方式为QPSK，速率Rate＝1/3。RN将接收到的信息进行DF转发，此时RN到UE链路的调制编码方式和eNB到RN链路相同。UE将接收到的信息进行软信息合并，获得分集增益。

一般情况下，第一跳链路质量一般情况下好于第二跳链路，即SNR_{eNB_RN}(eNB到RN链路的SNR)大于SNR_{RN_UE}(RN到UE链路的SNR)。因而对两跳链路的SNR进行如下两种方式的设定：

第一种方式：

SNR_{eNB_RN}-SNR_{RN_UE}＝5dB

得到的TP_imag-SNR_{eNB_RN}曲线如图7所示。其中PSNR_fix＝24和26，在本发明应用场景中的量化方式下，满足用户主观观看效果的PSNR阈值。

第二种方式：

SNR_{eNB_RN}＝20dB

得到TP_imag-SNR_{RN_UE}曲线如图8所示。其中PSNR_fix＝24和26，在本发明应用场景中的量化方式下，满足用户主观观看效果的PSNR阈值。

由图7可以看出，在SNR_{eNB_RN}-SNR_{RN_UE}＝5dB时，当SNR_{eN_BN}达到20dB时，RN工作于MDF方式的性能优于RN工作于DF模式。由图8可以看出，在SNR_{eNB_RN}＝20dB时，当SNR_{RN_UE}达到15dB时，RN工作于MDF方式的性能优于RN工作于DF模式，和图7的结论是一致的。所以在中继网络中，第二跳链路质量较好(SNR_{RN_UE}较高)时，中继工作于多描述编码转发模式，可有效提高边缘用户的吞吐量。

以上应用场景中以两跳中继网络为例对本发明的具体实施方式进行了说明。当网络中的中继数目很大、用户能够接入的中继节点增加时，可以使用其他的多描述编码方法，使得编码出来的多描述流数与中继的分组数一样。另外，对于基站到中继间链路和中继到用户间链路的调制编码方式仍可以由前述公式(1)确定。

通过使用本发明提供的上述方法，使用结合信源多描述特征的中继传输方式，能够有效地提高多媒体信息的传输速率和***的鲁棒性。本发明中提供的基于多描述信源编码的传输方法，在无线蜂窝网络的应用尤其对于广播业务的传输有很强的前瞻性和应用性。

本发明中还提供了一种中继传输***，包括基站、多个中继站和用户终端，其中：

基站，用于对源多媒体内容进行多描述信源编码后得到全部信息并向所有中继站发送；

中继站，用于接收基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；并根据所属的中继分组以及全部信息，获取与所属的中继分组对应的描述流；将获取的描述流向用户终端发送，直至描述流到达用户终端；

用户终端，用于根据从不同的中继站接收到的描述流，进行基于多描述的解码，得到基站发送的全部信息并还原源多媒体内容。

本发明还提供了一种基站，应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，如图9所示，该基站包括：

中心调度单元10，用于接收中继站反馈的中继分组结果；

多描述信源编码单元20，用于将源多媒体内容根据中继分组结果进行相应多描述信源编码，并对多描述编码结果进行调制编码；

发送单元30，用于将经过调制编码后的全部信息发送至所有中继站。

本发明还提供了一种中继站，中继站应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，如图10所示，该中继站包括：

接收单元40，用于接收基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；

处理单元50，用于根据本设备所属的中继分组以及接收单元10-接收的全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行调制编码；具体的，处理单元50对从基站接收到的全部信息进行解码，得到比特流信息；再对所述解码得到的比特流信息进行已知固定描述规律的抽样，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流；最后对与本设备所属的中继分组对应的描述流进行调制编码。

发送单元60，用于将处理单元50获取的描述流向用户终端发送，直至描述流到达用户终端。

其中，还包括：

分组确定单元70，用于根据将多个中继站划分为属于不同的中继分组的划分结果，获取自身所属的中继分组并提供给处理单元50，中继分组的划分方式为静态设置，或根据预设的周期进行动态调整。例如，在广播网络中，由于基站是群发信息，UE没有反馈链路，可以使物理位置相近的RN交替属于不同的分组。

调制编码方式获取单元80，用于根据多描述流中每一条描述流的比特数，与对全部信息所含的比特数的比值，确定在基站到中继站之间的链路、以及中继站到用户终端之间的链路的调制编码方式。并将获取到的调制编码方式提供给接收单元40、处理单元50以及发送单元60。

通过使用本发明提供的上述***和设备，使用结合信源多描述特征的中继传输方式，能够有效地提高图像信息的传输速率和***的鲁棒性。本发明中提供的基于多描述信源编码的传输方法，在无线蜂窝网络的应用尤其对于广播业务的传输有很强的前瞻性和应用性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的单元或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的单元可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

Claims (11)

1.一种结合信源多描述特征的中继传输方法，其特征在于，应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，所述方法包括：

所述中继站接收所述基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；

所述中继站根据本设备所属的中继分组以及所述全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行调制编码；

所述中继站将所述调制编码后的描述流向用户终端发送，直至所述描述流到达所述用户终端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中继站接收所述基站发送的全部信息前，还包括：

将多个中继站划分为属于不同的中继分组，所述中继分组的划分方式为静态设置，或根据预设的周期进行动态调整；所述基站将源多媒体内容根据所述中继分组结果进行相应多描述信源编码，并对多描述编码结果进行调制编码得到全部信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中继站根据本设备所属的中继分组以及所述全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行编码调制，包括：

所述中继站对接收到的全部信息进行解码，得到比特流信息；

所述中继站对所述解码得到的比特流信息进行已知固定描述规律的抽样，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流；

所述中继站对所述获取到的描述流进行调制编码。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述多描述流中每一条描述流的比特数，与对所述全部信息所含比特数的比值，确定在所述基站到所述中继站之间的链路、以及所述中继站到所述用户终端之间的链路的调制编码方式。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述用户终端根据从不同的中继站接收到的描述流，进行基于多描述的解码，得到所述基站发送的全部信息并还原源多媒体内容。

6.一种中继传输***，其特征在于，包括基站、多个中继站和用户终端，其中：

所述基站，用于对源多媒体内容进行多描述信源编码后得到全部信息，并向所有中继站发送；

所述中继站，用于接收所述基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；并根据所属的中继分组以及所述全部信息，获取与所述所属的中继分组对应的描述流；将所述获取的描述流向用户终端发送，直至所述描述流到达所述用户终端；

所述用户终端，用于根据从不同的中继站接收到的描述流，进行基于多描述的解码，得到所述基站发送的全部信息并还原源多媒体内容。

7.一种基站，其特征在于，所述基站应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，所述基站包括：

中心调度单元，用于接收中继站反馈的中继分组结果；

多描述信源编码单元，用于将源多媒体内容根据所述中继分组结果进行相应多描述信源编码，并对多描述编码结果进行调制编码；

发送单元，用于将所述经过调制编码后的全部信息发送至所有中继站。

8.一种中继站，其特征在于，所述中继站应用于包括基站、多个中继站和用户终端的网络***中，所述中继站包括：

接收单元，用于接收所述基站发送的经过多描述信源编码的全部信息；

处理单元，用于根据本设备所属的中继分组以及所述接收单元接收的全部信息，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流并进行调制编码；

发送单元，用于将所述处理单元调制编码后的描述流向用户终端发送，直至所述描述流到达所述用户终端。

9.如权利要求8所述的中继站，其特征在于，还包括：

分组确定单元，用于根据将多个中继站划分为属于不同的中继分组的划分结果，获取自身所属的中继分组，所述中继分组的划分方式为静态设置，或根据预设的周期进行动态调整。

10.如权利要求8所述的中继站，其特征在于，所述处理单元，具体用于：

对接收到的全部信息进行解码，得到比特流信息；

对所述解码得到的比特流信息进行已知固定描述规律的抽样，获取与本设备所属的中继分组对应的描述流；

对所述获取到的描述流进行调制编码。

11.如权利要求9中所述的中继站，其特征在于，还包括：

调制编码方式获取单元，用于根据所述多描述流中每一条描述流的比特数，与对所述全部信息所含的比特数的比值，确定在所述基站到所述中继站之间的链路、以及所述中继站到所述用户终端之间的链路的调制编码方式。

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