CN107026707A - 一种自适应采样率的信道编码、解码方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种自适应采样率的信道编码方法及装置，所述方法包括：为信源数据配置预定时长的时间窗口，所述时间窗口用于根据所述信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一所述信源数据单元中包括多个数据包；依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率；依据所述采样概率对所述信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包；向解码装置发送所述一个或多个编码数据包和所述采样概率，以使所述解码装置进行解码。本申请提供的技术方案具有提高时延可靠性的优点。
Description
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种自适应采样率的信道编码、解码方法和装置。
背景技术
喷泉码(英文全称：Fountain Code)是现有的一种无速率信道编码方式，已经被LTE-A***采用于广播信道中。Fountain Code是LTE-A广播信道采用的无速率信道编码的基础，在无速率信道编码过程中，信源数据被划分为大小相等的数据包(英文：packet)，信道编码器操作的基本单元是数据包，解码端解码所获得的数据也是以数据包为基本单元。当使用Fountain Code进行信源数据的信道编码时，通常在编码侧将若干数据包的集合定义为一个编码批次，以批次(英文：batch)进行编码。具体地，编码侧针对一个批次内的数据包进行均匀地抽取并编码，重复编码步骤持续产生编码数据包并发送，直至解码侧正确解码该批次中的所有数据包。
然而，对于时变速率信源而言，由于单位时间内数据包的数量不同。当采用均匀采样概率时，将在解码侧产生时延波动，导致时延可靠性降低。
发明内容
本申请提供一种自适应采样率的无速率信道编码、解码方法和装置，可以根据信源数据的时变速率，相应地调整采样概率，降低时延波动，从而提高时延可靠性。
第一方面，本申请的实施例提供了一种自适应采样率的无速率信道编码方法，该方法包括：为信源数据配置预定时长的时间窗口，该时间窗口用于根据信源数据划分一个或者多个数据单元，每一信源数据单元中包括多个数据包；依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率；依据该采样概率对信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包；向解码装置发送该一个或多个编码数据包和采样概率，以使解码装置进行解码。
第一方面提供的自适应采样率的无速率信道编码方法依据数据包的数量来确定信源数据单元的采样概率，然后依据该采样概率对信源数据进行采样处理，实现了依据数据包的数量自适应的采样概率，对数据包密度高的基本单元，需要采用相对较高的采样概率，反之采用较低的采样概率，从而减少不同数据包的采样概率的波动性，提升解码端的解码时延性能。
在一种可能的设计中，时间窗口包括滑动时长，该滑动时长小于该时间窗口的预定时长，该预定时长小于或者等于信源数据所允许的最大时延与该滑动时长的差值，该预定时长和该滑动时长均为信源数据单元对应时长的整数倍。
通过为时间窗口设定滑动时长，使得信源数据单元可以被多个时间窗口所覆盖，提高了数据包被采样的概率，从而提高编码数据包被正确解码的概率，降低时延。
在另一种可能的设计中，对设定问题求解得到采样概率；设定问题为：每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率与信源数据数据包的平均累计采样概率之差的平方的和最小，同时满足每个时间窗口内的所有信源数据单元的采样概率之总和等于1。
通过提供的设定问题可以实现了采样概率的计算。
在又一种可能的设计中，采用拉格朗日乘子法将设定问题变换到对偶域设定问题；通过KKT条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解等效方程组得到对偶域设定问题的解，将对偶域设定问题的解反变换得到的值即为采样概率。
通过拉格朗日乘子法结合KKT条件能够实现设定问题求解，计算出采样概率。
在后一种可能的设计中，设信源数据的数据包的采样概率随数据包序号线性变化，则设定问题中每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率为线性变化的线性方程的定积分，定积分的积分区间为信源数据单元所在时间窗口的数据包序号范围，信源数据数据包的平均累计采样概率为每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率除以信源数据的数据包总数；采用拉格朗日乘子法将设定问题变换到对偶域设定问题，然后通过KKT条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解等效方程组得到对偶域设定问题的解，将对偶域设定问题的解反变换得到的值即为采样概率。
通过设定线性变化模型实现了计算的简化，有效的减少了采样概率的计算量。
第二方面，本申请提供一种自适应采样率的编码装置，该编码装置包括：
处理单元，用于为信源数据配置预定时长的时间窗口，所述时间窗口用于根据所述信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一所述信源数据单元中包括多个数据包，以及用于依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率，并依据所述采样概率对所述信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包；
发送单元，向解码装置发送所述一个或多个编码数据包和所述采样概率，以使所述解码装置进行解码。
在一种可能的设计中，时间窗口包括滑动时长，该滑动时长小于该时间窗口的预定时长，该预定时长小于或者等于信源数据所允许的最大时延与该滑动时长的差值，该预定时长和该滑动时长均为信源数据单元对应时长的整数倍。
通过为时间窗口设定滑动时长，使得信源数据单元可以被多个时间窗口所覆盖，提高了数据包被采样的概率，从而提高编码数据包被正确解码的概率，降低时延。
第三方面，本申请提供一种自适应采样率的无速率信道解码方法，方法包括：接收一个或多个编码数据包和采样概率，依据采样概率采用无速率信道解码方法对一个或多个编码数据包解码得到信源数据。
第四方面，提供一种自适应采样率的解码装置，自适应采样率的解码装置包括接收单元，用于接收一个或多个编码数据包和采样概率；处理单元，用于依据采样概率采用无速率信道解码方法对一个或编码数据包解码得到信源数据。
第五方面，提供一种自适应采样率的设备，该用于自适应采样率的设备具有实现第一方面方法设计中编码行为的功能。该功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。所述模块可以是软件和/或硬件。
在一种可能的设计中，该用于自适应采样率的编码设备至少包括存储器、处理器和收发器，该存储器中存储有程序代码，该处理器用于调用存储器中存储的程序代码，执行以下操作：用于为信源数据配置预定时长的时间窗口，所述时间窗口用于根据所述信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一所述信源数据单元中包括多个数据包，以及用于依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率，并依据所述采样概率对所述信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包。该收发器用于向解码设备发送一个或多个编码数据包和采样概率，以使解码设备进行解码。
第六方面，提供一种自适应采样率的解码设备，该用于自适应采样率的设备具有实现第三方面方法设计中解码行为的功能。该功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。所述模块可以是软件和/或硬件。
在一种可能的设计中，该用于自适应采样率的解码设备至少包括存储器、处理器和收发器，该收发器用于接收一个或多个编码数据包和采样概率。该存储器中存储有程序代码，该处理器用于调用存储器中存储的程序代码，执行以下操作：依据该采样概率采用无速率信道解码方法对一个或多个编码数据包解码得到信源数据。
相较于现有技术，本发明提出的方案可以根据数据包的密度自适应地调整采样概率，并提升依照该采样概率编码的编码数据包的解码概率，从而降低时延。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种喷泉码的编码流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种自适应采样率的无速率信道编码方法的流程示意图；
图3是本申请实施例提供的前后数据包采样概率为线性关系的示意图；
图4为本申请实施例提供的数据包采样概率示意图；
图5为本申请另一实施例提供的自适应采样率的编码装置的结构示意图；
图6为本申请又一实施例提供的自适应采样率的解码装置的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种自适应采样率的编码设备的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种自适应采样率的解码设备的示意图。
具体实施方式
信道编码是无线通信中解决时变无线信道中数据传输错误的重要技术。通常地，信道编码是对信源数据进行特定的编码操作，该编码操作会引入一定程度的冗余，当无线信道的时变衰减导致接收端解码发生错误时，通过对信道编码的解码可以对该错误进行识别，并在一定程度上纠正或恢复发生错误的数据，从而提高传输的效率和可靠性。信道编码中引入冗余的程度决定接收端的纠错能力，通常地，信道编码中引入冗余程度越高，编码速率越低，信道利用率越低，接收端的纠错能力就越强，抵抗无线信道时变衰减能力就越强；反之，信道编码中引入冗余程度越低，编码速率越高，信道利用率越高，接收端的纠错能力就越低，抵抗无线信道时变衰减能力就越弱。
现有的信道编码技术可以分为两类：固定码率信道编码和可变码率信道编码；对于固定码率信道编码，其编码操作所引入的冗余程度是固定的，编码操作复杂度较低，抵抗信道时变衰减能力是固定的，所以固定码率信道编码在信道状态较好时，可能存在过多冗余，降低了信道利用率，固定码率信道编码在信道状态较差时，可能存在冗余不足，导致接收端无法正确接收信源数据。对于可变码率信道编码，通常也可以称为无速率信道编码，无速率信道编码的冗余程度随信道状态变化而变化，无速率信道编码复杂度较高，由于其冗余程度随信号状态的变化而变化，所以无速率信道编码抵抗信道时变衰减的能力是可变的，能够适应信道状态，并且具有良好的信道利用率。
喷泉码是一种无速率信道编码方式，喷泉码的编码步骤如图1所示，包括：
步骤S101、根据预先设计的度分布(英文：degree distribution)随机产生一个随机数d；
步骤S102、在待编码数据包集合中均匀地随机抽取d个数据包；
步骤S103、将被抽取到的d个数据包进行异或计算，获得编码数据包。
在实际使用中存在各种不同特征的信源数据，一种重要的信源数据的特征是时延敏感的、信源速率时变的数据(例如视频数据)。时延敏感要求数据包必须及时被编码发送，信源速率时变特性意味着每个单位时间内所获得的数据包数量是不同的。为了满足时延敏感要求，有效的方法是使用固定时间窗，根据最大时延限制来设计固定时间窗的长度，在每个固定时间窗结束时对固定时间窗内的数据包进行编码，从而保证每个数据包等待编码发送的时间(即编码时延)控制在特定范围。对于信源速率时变的业务，在每个固定时间窗内所产生的数据包数量是随时间变化的，即每个固定时间窗中的数据包数量N是随着不同时间窗而变化的，即固定时间窗的数据包数量N可表示为N(t)，当使用如图1所示的均匀采样策略时，每个数据包被采样到的概率为d/N(t)，由此可见，每个数据包被采样到的概率d/N(t)也是时变的，根据信道编解码的理论，数据包在解码装置中能正确解码的概率与该数据包在编码器中被采样编码的概率是相关的，即被采样编码的概率越高，在解码装置中正确解码的概率越高，在解码装置中正确解码的概率较高，意味着被正确解码所需的时长较低，从而具有较低的解码时延。当采用均匀采样概率的策略时，对于时变速率信源将在解码端产生解码时延波动，从而降低时延可靠性。
本申请提供的技术方案应用于通信***的编解码领域，***中包括编码装置和解码装置。编码装置和解码装置可以集成在用户设备内，本申请以下具体实施方式中，用户设备包括但不限于：手机、平板电脑、计算机、服务器、基站、移动终端等设备，上述用户设备仅仅为了举例说明，并不作为对本申请技术方案的限定。
请参考图2，图2是本申请一个实施例提供的一种自适应采样率的无速率信道编解码方法，该方法在编码装置和解码装置之间完成，该编码装置或解码装置可以集成在用户设备内，该用户设备包括但不限于：手机、平板电脑、服务器、计算机、基站、移动交换中心等设备，该方法如图2所示，包括如下步骤：
步骤S201、编码装置为信源数据配置预定时长的时间窗口，该时间窗口可以用于根据该信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一信源数据单元中包括多个数据包；
上述步骤S201中配置预定时长的时间窗口的具体实现方式可以为：将信源数据的多个数据包按顺序划分成若干个预定时长的时间窗口，该时间窗口所覆盖的多个数据包即为信道编码的编码数据批次；
上述步骤S201中预定时长的时间窗口还可以包括滑动时长Tstep，其中，滑动时长Tstep和预定时长Twindow的具体关系如式(1)所示，其中，Tstep＜Twindow≤(Tdelay-Tstep)(1)，上述Tdelay可以为信源数据允许的最大时延。在本实施例中，优先选择Twindow和Tstep是信源数据单元对应时长的整数倍。当Twindow和Tstep的值是信源数据单元对应时长的整数倍时，可以保证同一信源数据单元在同一时间窗口内进行采样并编码，避免同一信源数据单元被拆分在不同的时间窗口中，从而减少每一信源数据单元的时延。
下面信源数据以视频数据为例，来说明上述Twindow和Tstep的取值对时延的影响，在视频数据中，该信源数据单元具体可以为帧，通常情况下，视频数据对时延敏感性是非常高的，假设视频数据的最大时延Tdelay为0.6s，视频数据中每帧的对应时长为0.1s，则Twindow的取值可以为0.4s，Tstep的取值可以为0.2s。将上述Twindow和Tstep的值设置成每帧对应时长的整数倍的目的在于，防止单帧数据被拆分到不同的时间窗口下。在本实施例中，每个时间窗口可以包括4个帧的数据，那么每个时间窗口在进行无速率信道编码时，其编码的均是整数帧的数据，对于解码端来说，其解码的也是整数帧的数据，这样对于单帧数据来说，其无需等待其他时间窗口解码成功就可以获得完整的帧数据，所以其具有降低单帧时延的优点。
反之，如果将Tstep设置成0.15s，除了第一个时间窗口的数据为4个完整的帧数据以外，后续的时间窗口内的数据虽然包含4个帧的数据，但是第一帧和最后一帧均为半帧的数据，如对时间窗口进行无速率信道编码，对于时间窗口内第一帧和最后一帧的来说，由于数据是不完整的，那么想要获得完整的帧数据就需要等待下一个时间窗口或上一时间窗口解码后才能够获取，对于单帧时延来说，其不仅需要加上当前时间窗口的解码时间，还需要加上下一时间窗口或上一时间窗口的解码时间，这样就增加了单帧时延。
上述步骤S201中将上述时间窗口设置滑动时长的目的是为了增加单个数据包的采样概率，等效增加时间窗口的预定时长，因为Tstep＜Twindow≤(Tdelay-Tstep)，所以预定时长的时间窗口内肯定有数据包重叠的部分，所以单帧的数据包可能被划分到多个时间窗口中，又由于每个时间窗口中的每个帧的采样概率不可能为零，所以单个帧的数据包如果被分配到多个时间窗口中，可以增加单帧数据包的采样概率，进而增加解码装置的正确解码概率。
步骤S202、编码装置依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率；
上述步骤S202中依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率的具体计算方法会在下面实施例中详细描述。
步骤S203、编码装置依据该采样概率对该信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包；
上述步骤S203依据该采样概率对该信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包，可以采用现有技术的采样方法以及无速率编码方式。
步骤S204、编码装置向解码装置发送该一个或多个编码数据包和该采样概率；
步骤S205、解码装置接收到该一个或多个编码数据包和该采样概率后，依据该采样概率采用无速率信道解码方法对一个或多个编码数据包解码得到信源数据。
本申请一个实施例提供的自适应采样率的无速率信道编解码方法依据每个信源数据单元中的数据包的数量来确定采样概率，依据该采样概率对信源数据进行采样处理，将采样处理后的数据包进行无速率信道编码形成一个或多个编码数据包，将该一个或多个编码数据包和采样概率发送给解码装置，解码装置依据该采样概率对一个或多个编码数据包完成解码操作，实现了依据数据包的密度自适应的调整采样概率，即对数据包密度高的信源数据单元，采用相对较高的采样概率，反之对数据包密度低的信源数据单元采用较低的采样概率，进而减少数据包的采样概率的波动性，提升解码时延性能。
可选的，上述实施例中步骤S202的实现方法具体可以为：对设定问题求解得到采样概率，该设定问题可以为：每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率与信源数据数据包的平均累计采样概率之差的平方的和最小，同时满足每个时间窗口内的所有信源数据单元的采样概率之总和等于1。
上述步骤S202的实现方式通过数学公式可以进行如下表述，为了方便表述，可以将采样概率表述成一个矩阵，为了描述方便，将这个矩阵命名为矩阵A，下面的数学公式以视频数据为例，在视频数据中，信源数据单元具体可以为帧；需要说明的是，下述数学公式仅仅是为了方便更直观的表现本申请的技术方案，本申请的保护范围并不受下述计算公式的限定。
这里定义帧的采样概率pfrm(t)可以为所有时间窗口中包含第t帧内所有数据包的采样概率之和；表示如下式二：
其中，可以为第t帧在第w个时间窗口内的采样概率；
第w个时间窗口中每个数据包的采样概率如式3所示，具体可以为：
其中，为第t帧内包含的数据包的数量；
假设信源数据被拆分成有N个时间窗口，每个时间窗口有W个帧，滑动时长Tstep设置成1帧对应时长，当然在实际应用中，也可以将滑动时长Tstep设置成其他的对应时长，则矩阵A如式(4)所示：
其中，为第t帧在时间窗口w中的平均采样概率，并且在时间窗口w中的所有帧的采样概率之和等于1，即
根据公式(2)中的替换成xw,t，然后将公式(2)带入公式(3)中，就可以得到第t帧的数据包的平均累积采样概率，具体可以为：
数据包的平均累积采样概率可以为：
其中，可以为信源数据包的总数量。
为了确定每帧在每个窗口中的平均采样概率，从而减少每个数据包采样概率的波动性，可获得如下设定问题：
对式(7)设定问题进行求解即可得到每帧(即信源数据单元)在每个窗口的采样概率的值。
上述式(7)设定问题求解方法可以有多种，例如在本申请具体实施方式的另一个实施例中，可以通过拉格朗日乘子法(Lagrange Multiplier)将式(7)设定问题变换到对偶域设定问题，然后通过KKT(Karush-Kuhn-Tucker condition)条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解等效方程组得到对偶域设定问题的解，将对偶域设定问题的解反变换得到的值即为采样概率。
上述式(7)设定问题的求解方法还可以采用其他的方法，例如在本申请具体实施方式的又一个实施例中，可以设信源数据的前后数据包的采样概率随数据包序号线性变化，当然在实际应用中，可以采用其他的相关性替代线性变化，例如，可以设信源数据的前后数据包的采样概率随数据包序号二次变化、多次变化或其他数学相关性的变化，本实施例仅以线性变化为例进行说明，则上述设定问题中每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率可以为所述线性变化的线性方程的定积分，所述定积分的区间为所述信源数据单元在时间窗口的序号范围，所述信源数据数据包的平均累计采样概率为所述每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率除以信源数据的数据包总数；通过拉格朗日乘子法将该设定问题变换到对偶域设定问题，然后通过KKT条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解等效方程组得到对偶域设定问题的解，将对偶域设定问题的解反变换即得到采样概率。如图3所示，图3中，每个矩形代表一个数据帧，假设该线性变化的线性模型为y＝a*x+k，其中x为数据包在时间窗口的序号，y为数据包的采样概率，a和k为待定的优化参数，假设在一个时间窗口内进行参数优化，则采样概率模型为：
其中，w为以时间窗口为单位的时间窗口长度，x为数据包在当前时间窗口的数据包的序号，y为采样概率，a为待定优化参数。按同个时间窗口的同一帧的不同数据包具有相同采样率的采样策略，每个帧的采样概率是公式(8)所示模型在数据包所在帧的区间范围内的平均采样概率，帧平均采样概率如公式(9)所示。
其中，积分区间[pkt1,pktN(t)]是第t帧所包含的数据包在第t帧所在的时间窗口内的序号范围。从公式(9)可以看到，帧平均采样概率是参数a的函数，将公式(9)替换掉式(2)的可获得第t帧的累积采样概率pfrm(t)1；
第w个时间窗口中每个数据包的采样概率如式3-1所示，具体可以为：
其中，为第t帧内包含数据包的数量；
假设信源数据被拆分成有N个时间窗口，每个时间窗口有W个帧，滑动时长Tstep设置成1帧时长，当然在实际应用中，也可以将滑动时长Tstep设置成其他的时长，定义如式4-1所示的每帧在每个窗口的平均采样概率矩阵A1：
其中，为每个数据包的采样概率为线性变化时第t帧在时间窗口w中的平均采样概率，并且有
则每个数据包的采样概率为线性变化时第t帧的packet的平均累积采样概率具体可以为：
数据包的平均累积采样概率可以为：
其中，可以为信源数据包的总数量。
为了确定每帧在每个窗口中的平均采样概率，从而减少每个数据包的采样概率的波动性，可获得如下设定问题：
对式(7-1)设定问题进行求解即可得到每帧(即信源数据单元)在每个窗口的平均采样概率的值。上述(7-1)设定问题的求解可以采用通过拉格朗日乘子法(LagrangeMultiplier)将式(7-1)设定问题变换到对偶域设定问题，然后通过KKT(Karush-Kuhn-Tucker condition)条件获得对偶域设定问题等效方程组，求解等效方程组得到对偶域设定问题的解，对对偶域设定问题的解反变换即得到式(7-1)设定问题的采样概率。
式(7-1)相对于式(7)来说，极大的减少了需要确定的参数的数量，这样能够减少计算量，计算量的减少可以减少计算的时延，进一步提高时延可靠性，但是上述计算方式相对于式7来说会增加每个数据包的采样概率的波动性。如图4所示，其中，图4中1号曲线为固定码率信道编码的采样概率波动曲线，2号曲线为喷泉码采样概率波动曲线，3号曲线为本申请式7所示实施例中的采样概率波动曲线，图4中4号曲线可以为本申请式7-1所在的实施例中的采样概率波动曲线，从图4中可以非常明显的看出，3号曲线的采样概率的波动性比4号曲线的采样概率波动性要小，但通过与喷泉码的采样概率波动性即2号曲线对比，4号数据线的采样概率波动性仍然比喷泉码的采样概率波动性小，所以其具有减少不同数据包的采样概率的波动性，进而提高时延可靠性的优点。
通过采用特定数学模型引入同一个时间窗口内的不同数据包的采样概率相关性，可以极大减少优化参数。例如，通过使用公式(8)所示的线性模型，公式(4)中的采样概率矩阵A的每一行只有一个待优化参数，将极大降低求解设定问题(7)的计算复杂度。不同业务类型可能对应不同的数学模型，因此在实际使用中，可以根据具体业务类型的特征，使用不同的数学模型，例如，线性模型、多次多项式模型、指数模型、对数模型，等等。在获取了采样概率之后，以该采样概率对数据包进行采样，并进行无速率码编码。
参阅图5，如图5所示为本申请另一实施例提供的一种自适应采样率的编码装置500，该自适应采样率的自适应采样率的编码装置可以集成在用户设备内，该用户设备包括但不限于：手机、平板电脑、服务器、基站、移动交换中心等设备，该自适应采样率的编码装置如图5所示，包括：
处理单元501，用于为信源数据配置预定时长的时间窗口，所述时间窗口用于根据所述信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一所述信源数据单元中包括多个数据包，以及用于依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率，并依据所述采样概率对所述信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包；
上述处理单元501的实现方式以及技术效果可以参见图2所示步骤S201-步骤S204的描述，这里不再赘述。
发送单元502，用于向解码装置发送所述一个或多个编码数据包和所述采样概率，以使所述解码装置进行解码。
本申请另一实施例提供的自适应采样率的编码装置依据每个信源数据单元中的数据包的数量来确定采样概率，依据该采样概率对信源数据进行采样处理，将采样处理后的数据包进行无速率信道编码形成一个或多个编码数据包，将该一个或多个编码数据包和采样概率发送给解码装置，解码装置依据该采样概率对一个或多个编码数据包完成解码操作，实现了依据数据包的密度自适应的调整采样概率，即对数据包密度高的信源数据单元，采用相对较高的采样概率，反之对数据包密度低的信源数据单元采用较低的采样概率，进而减少数据包的采样概率的波动性，提升解码时延性能。
可选的，上述时间窗口的设置以及技术效果可以参见上述步骤S201中的相关描述，这里不再赘述。
可选的，处理单元501具体，用于执行步骤S202中的方法，当然该处理单元501具体还可以用于执行步骤S202中的具体实现方法。
参阅图6，图6为本申请提供的又一实施例提供一种自适应采样率的解码装置600，该自适应采样率的解码装置600可以设置在手机、平板电脑、服务器、基站、移动交换中心等设备内，该自适应采样率的解码装置如图6所示，包括：
接收单元601，用于接收一个或多个编码数据包和该采样概率；
处理单元602，用于依据该采样概率采用无速率信道解码方法对一个或多个编码数据包解码得到信源数据。
本申请又一实施例提供的自适应采样率的解码装置依据接收到的采样概率采用无速率信道解码方法对编码数据包解码得到信源数据，由于该接收到的采样概率是能够依据数据包的密度自适应调整的采样概率，即对数据包密度高的信源数据单元，采用相对较高的采样概率，反之对数据包密度低的信源数据单元采用较低的采样概率，进而减少数据包的采样概率的波动性，提升解码时延性能。
参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种自适应采样率的编码设备70的简化示意图，该自适应采样率的编码设备70包括但不限于：手机、平板电脑、服务器、基站、移动交换中心等设备。如图7所示，该设备70包括处理器701、存储器702、收发器703和总线704。收发器703用于与外部设备之间收发数据。设备70中的处理器701的数量可以是一个或多个。本申请的一些实施例中，处理器701、存储器702和收发器703可通过总线***或其他方式连接。设备70可以用于执行图2所示的方法。关于本实施例涉及的术语的含义以及举例，可以参考图2对应的实施例。此处不再赘述。
其中，存储器702中存储程序代码。处理器701用于调用存储器702中存储的程序代码，用于执行以下操作：
处理器701，用于为信源数据配置预定时长的时间窗口，所述时间窗口用于根据所述信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一所述信源数据单元中包括多个数据包，以及用于依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率，并依据所述采样概率对所述信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包。
收发器703，用于向解码设备发送所述一个或多个编码数据包和所述采样概率，以使解码设备进行解码。
可选的，上述时间窗口的设置可以参见图2所示步骤S201中的描述，这里不再赘述。
可选的，上述处理器701具体，还用于执行上述步骤S202的操作，该操作包括但不限于图2所示步骤S202的操作以及步骤S202的具体实现方式的操作。
参阅图8，图8为本申请实施例提供的另一种自适应采样率的解码设备80的简化示意图，该自适应采样率的解码设备80包括但不限于：手机、平板电脑、服务器、基站、移动交换中心等设备，如图8所示，该用户设备包括：设备80包括处理器801、存储器802、收发器803和总线804。收发器803用于与外部设备之间收发数据。设备80中的处理器801的数量可以是一个或多个。本申请的一些实施例中，处理器801、存储器802和收发器803可通过总线***或其他方式连接。设备80可以用于执行图2所示的步骤S205方法。关于本实施例涉及的术语的含义以及举例，可以参考图2对应的说明。此处不再赘述。
收发器803，用于接收一个或多个编码数据包和该采样概率；
其中，存储器802中存储程序代码。处理器801用于调用存储器802中存储的程序代码，用于执行以下操作：
处理器801，用于依据该采样概率采用无速率信道解码方法对一个或多个编码数据包解码得到信源数据。
需要说明的是，在通讯***中，示例性地，就下行链路而言，自适应采样率的编码设备70可以是基站、服务器或者移动交换中心等设备，相应地，自适应采样率的解码设备80可以为用户终端，包括但不限于手机、平板电脑等等。而就上行链路而言，自适应采样率的编码设备70可以为用户终端，包括但不限于手机、平板电脑等等，自适应采样率的解码设备80可以为基站、服务器或者移动交换中心等设备。
需要说明的是，这里的处理器701或处理器801可以是一个处理元件，也可以是多个处理元件的统称。例如，该处理元件可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，也可以是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路，例如：一个或多个微处理器(digital singnal processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(FieldProgrammable GateArray，FPGA)。
存储器703或存储器803可以是一个存储装置，也可以是多个存储元件的统称，且用于存储可执行程序代码或应用程序运行装置运行所需要参数、数据等。且存储器703或存储器803可以包括随机存储器(RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器，闪存(Flash)等。
总线704或总线804可以是工业标准体系结构(Industry StandardArchitecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7或图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
该用户设备还可以包括输入输出装置，连接于总线704或总线804，以通过总线与处理器701或处理器801等其它部分连接。该输入输出装置可以为操作人员提供一输入界面，以便操作人员通过该输入界面选择布控项，还可以是其它接口，可通过该接口外接其它设备。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上对本申请实施例所提供的内容下载方法及相关设备、***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种自适应采样率的信道编码方法，其特征在于，所述方法包括：
为信源数据配置预定时长的时间窗口，所述时间窗口用于根据所述信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一所述信源数据单元中包括多个数据包；
依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率；
依据所述采样概率对所述信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包；
向解码装置发送所述一个或多个编码数据包和所述采样概率，以使所述解码装置进行解码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述时间窗口包括滑动时长，所述滑动时长小于所述预定时长，所述预定时长小于或者等于所述信源数据所允许的最大时延与所述滑动时长的差值；所述预定时长和所述滑动时长均为所述信源数据单元对应时长的整数倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率具体，包括：
对设定问题求解得到采样概率；
所述设定问题为：每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率与信源数据数据包的平均累计采样概率之差的平方的和最小，同时满足每个时间窗口内的所有信源数据单元的采样概率之总和等于1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对对设定问题求解得到采样概率具体，包括：
通过拉格朗日乘子法将所述设定问题变换到对偶域设定问题；
通过KKT条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解所述等效方程组得到所述对偶域设定问题的解，将所述对偶域设定问题的解反变换得到的值即为采样概率。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对设定问题求解得到采样概率具体，包括：
设信源数据的数据包的采样概率随数据包序号线性变化，则所述设定问题中每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率为所述线性变化的线性方程的定积分，所述定积分的积分区间为所述信源数据单元所在时间窗口的数据包序号范围，所述信源数据数据包的平均累计采样概率为所述每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率除以信源数据的数据包总数；
采用通过拉格朗日乘子法将所述设定问题变换到对偶域设定问题，然后通过KKT条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解等效方程组得到对偶域设定问题的解，将对偶域设定问题的解反变换得到的值即为采样概率。
6.一种自适应采样率的编码装置，其特征在于，所述编码装置包括：
处理单元，用于为信源数据配置预定时长的时间窗口，所述时间窗口用于根据所述信源数据划分一个或多个信源数据单元，每一所述信源数据单元中包括多个数据包，以及用于依据每个信源数据单元内数据包的数量来确定采样概率，并依据所述采样概率对所述信源数据进行采样并编码形成一个或多个编码数据包；
发送单元，向解码装置发送所述一个或多个编码数据包和所述采样概率，以使所述解码装置进行解码。
7.根据权利要求6所述的自适应采样率的编码装置，其特征在于，
所述时间窗口包括滑动时长，所述滑动时长小于所述预定时长，所述预定时长小于或者等于所述信源数据所允许的最大时延与所述滑动时长的差值；所述预定时长和所述滑动时长均为所述信源数据单元对应时长的整数倍。
8.根据权利要求6所述的自适应采样率的编码装置，其特征在于，所述处理单元具体，用于对设定问题求解得到采样概率，所述设定问题为：每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率与信源数据数据包的平均累计采样概率之差的平方的和最小，同时满足每个时间窗口内的所有信源数据单元的采样概率之总和等于1。
9.根据权利要求8所述的自适应采样率的编码装置，其特征在于，所述处理单元具体，还用于通过拉格朗日乘子法将所述设定问题变换到对偶域设定问题，通过KKT条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解所述等效方程组得到所述对偶域设定问题的解，将所述对偶域设定问题的解反变换得到的值即为采样概率。
10.根据权利要求8所述的自适应采样率的编码装置，其特征在于，所述处理单元具体，还用于设信源数据的数据包的采样概率随数据包序号线性变化，则所述设定问题中每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率为所述线性变化的线性方程的定积分，所述定积分的积分区间为所述信源数据单元所在时间窗口的数据包序号范围，所述信源数据数据包的平均累计采样概率为所述每个信源数据单元数据包的平均累计采样概率除以信源数据的数据包总数；采用通过拉格朗日乘子法将所述设定问题变换到对偶域设定问题，然后通过KKT条件获得对偶域设定问题的等效方程组，求解等效方程组得到对偶域设定问题的解，将对偶域设定问题的解反变换得到的值即为采样概率。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022001852A1 (zh) * | 2020-06-28 | 2022-01-06 | 索尼集团公司 | 控制无线通信网络或传感器的电子设备以及方法 |
| CN114900273A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-12 | 上海交通大学 | 一种基于覆盖窗和非均匀采样喷泉码的连续可靠传输方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090257352A1 (en) * | 2008-04-10 | 2009-10-15 | Fujitsu Limited | Apparatus and method for monitoring network |
| CN101645611A (zh) * | 2009-07-22 | 2010-02-10 | 天津市电力公司 | 一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法 |
| CN101888545A (zh) * | 2010-05-27 | 2010-11-17 | 北京华信新媒技术有限公司 | 一种低码率信源压缩编码方法 |
| US20130103914A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-04-25 | Fujitsu Limited | Apparatus, method, and storage medium for sampling data |
| CN103607328A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-02-26 | 国电南京自动化股份有限公司 | 一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法 |
| CN103684910A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-26 | 北京工业大学 | 一种基于工业控制***网络流量的异常检测方法 |
-
2016
- 2016-02-02 CN CN201610072553.7A patent/CN107026707B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090257352A1 (en) * | 2008-04-10 | 2009-10-15 | Fujitsu Limited | Apparatus and method for monitoring network |
| CN101645611A (zh) * | 2009-07-22 | 2010-02-10 | 天津市电力公司 | 一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法 |
| CN101888545A (zh) * | 2010-05-27 | 2010-11-17 | 北京华信新媒技术有限公司 | 一种低码率信源压缩编码方法 |
| US20130103914A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-04-25 | Fujitsu Limited | Apparatus, method, and storage medium for sampling data |
| CN103684910A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-26 | 北京工业大学 | 一种基于工业控制***网络流量的异常检测方法 |
| CN103607328A (zh) * | 2013-12-04 | 2014-02-26 | 国电南京自动化股份有限公司 | 一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022001852A1 (zh) * | 2020-06-28 | 2022-01-06 | 索尼集团公司 | 控制无线通信网络或传感器的电子设备以及方法 |
| CN114900273A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-12 | 上海交通大学 | 一种基于覆盖窗和非均匀采样喷泉码的连续可靠传输方法 |
| CN114900273B (zh) * | 2022-03-30 | 2024-05-24 | 上海交通大学 | 一种基于覆盖窗和非均匀采样喷泉码的连续可靠传输方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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