CN112039605A - 一种基于软件无线电的收发***及视频传输方法 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种基于软件无线电的收发***及视频传输方法,属于视频传输领域。本公开实施例的视频传输收发***包括发送端和接收端,发送端的第一终端用于获取源视频数据,对源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对数据包进行差分混沌键控调制处理,得到传输数据包,应用层信道编码采用***率信道算法;接收端的第二终端用于对传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。该基于软件无线电的调制收发***,构建了一个具有广泛适用性的硬件平台,有益于***升级更新。
Description
技术领域
本公开涉及视频传输领域,尤其涉及一种基于软件无线电的收发***及视频传输方法。
背景技术
当下,随着5G物联网的快速发展,面对大规模用户对于相互之间通信需求不断增长,网络视频的网络流量产生了***性的增长。超宽带(UWB:Ultra Wideband)技术是物联网短距离通信的重要技术,具有传输速率高、功耗低、可抗多径干扰、实现简单和安全性高等优点,适用于密集多径环境,是室内高速率、短距离接入通信的最佳方案之一,具有广泛的应用前景和重要的理论研究价值。
通常,超宽带技术通过相干接收超宽带***实现,由于需要载波恢复,信道估计和***同步,对设备和调试要求都很高,建设成本高。
而伴随着移动互联网飞速发展,多种通信体制并存、通信标准层出不穷,对各国通信***的兼容性造成了困难。为了适应不同的通信***,建设不同的超宽带收发***明显不具有可行性。
发明内容
本公开提供一种基于软件无线电的收发***及视频传输方法,能够摆脱硬件的束缚,实现适用不同的通信***的低复杂度低功耗的传输。
根据本公开实施例的第一方面,提供一种基于软件无线电的收发***的视频传输方法,包括:
所述视频传输收发***包括发送端和接收端,所述发送端包括第一终端和第一通讯软件无线电外设,所述接收端包括第二终端和第二通讯软件无线电外设,所述方法包括:
通过所述第一终端获取源视频数据,对所述源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对所述数据包进行差分混沌键控调制处理,得到传输数据包,所述应用层信道编码采用***率信道算法;
控制所述第一通讯软件无线电外设发送所述传输数据包;
控制所述第二通讯软件无线电外设接受所述传输数据包;
通过第二终端对所述传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。
在第一方面一种可能的实现方式中,对信道编码后的信号进行差分混沌键控调制处理,包括:
混沌信号发生器产生一段混沌序列作为参考段,长度为β;
将所述信道编码后的信号的每个比特调制成长度为β的信息段,所述参考段和所述信息段总的发送长度为2β。
在第一方面一种可能的实现方式中,所述应用层信道编码采用喷泉码算法。
在第一方面一种可能的实现方式中,所述方法还包括对应用层的编码参数进行设置,所述编码参数包括:源数据包个数、编码数据包个数和源数据包长度。
在第一方面一种可能的实现方式中,所述编码数据包的产生均由源符号异或操作获得。
根据本公开实施例的第二方面,提供一种基于软件无线电的收发***,所述收发***包括:
发送端,所述发送端包括第一终端和第一通讯软件无线电外设,所述第一终端用于获取源视频数据,对所述源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对所述数据包进行差分混沌键控调制处理,得到传输数据包,所述应用层信道编码采用***率信道算法;所述第一通讯软件无线电外设用于发送所述传输数据包;以及,
接收端,所述接收端包括第二终端和第二通讯软件无线电外设,所述第二通讯软件无线电外设用于接收所述传输数据包,所述第二终端用于对所述传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。
在第二方面另一种可能的实现方式中,对信道编码后的信号进行差分混沌键控调制处理,包括:
混沌信号发生器产生一段混沌序列作为参考段,长度为β;
将所述编码后的信号的每个比特调制成长度为β的信息段,所述参考段和所述信息段总的发送长度为2β。
在第二方面另一种可能的实现方式中,所述应用层信道编码采用喷泉码算法。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
一种基于软件无线电的收发***包括发送端和接收端。发送端包括第一终端和第一通讯软件无线电外设,所述第一终端用于获取源视频数据,对所述源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对数据包进行差分混沌键控调制处理,得到传输数据包,应用层信道编码采用***率信道算法;所述第一通讯软件无线电外设用于发送所述传输数据包。接收端包括第二终端和第二通讯软件无线电外设,所述第二通讯软件无线电外设用于接收所述传输数据包,所述第二终端用于对所述传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。该基于软件无线电的收发***,构建了一个具有广泛适用性的硬件平台,仅通过软件的升级实现对不同的通信***的兼容,简化了复杂的模拟前端,有益于***升级更新。同时,发送、接收端所采用差分混沌键控调制处理,由于采用了差分调制,在发送端和接收端的实现简单,无需复杂的信道估计和载波同步,复杂度低。而在应用层进行***率信道编码,编码后产生数据包。若在网络层传输时,产生数据丢包,丢失的数据包可以通过***率信道译码恢复,从而减少传输过程的丢包率,进而减少无线传输信道中的多径干扰,提高传输质量。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为根据示例性实施例示出的一种流程设计框图;
图2为根据示例性实施例示出的一种控制方法流程图;
图3为根据示例性实施例示出的喷泉码编码处理的流程图;
图4为根据示例性实施例示出的数据包构造图;
图5为根据示例性实施例示出的一种DCSK调制器和DCSK解调器结构框图;
图6为根据示例性实施例示出的喷泉码编码处理的流程图;
图7为本申请的示例性实施例与传统BPSK调制解调方法的性能对比图;
图8为本申请的示例性实施例与传统BPSK调制解调方法的效果对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本申请公开了一种基于软件无线电的收发***,该收发***包括发送端和接收端,发送端包括第一终端和第一通讯软件无线电外设(USRP,Universal Software RadioPeripheral),接收端包括第二终端和第二通讯软件无线电外设。
其中,第一终端用于终端获取源视频数据,对源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对所述数据包进行差分混沌键控(DCSK,Differential Chaos Shift Keying)调制处理,得到传输数据包;第一通讯软件无线电外设用于发送传输数据包,应用层信道编码采用***率信道算法。第二通讯软件无线电外设用于接收传输数据包,第二终端用于对传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。
可选地,第一终端和第二终端可以是PC机,PC机上可以搭载GNU Radio软件平台以便与对应的USRP设备相配合。
可选地,第一终端上可以配有视频采集摄像头,帮助第一终端获取源视频数据。
该基于软件无线电的收发***,构建了一个具有广泛适用性的硬件平台,仅通过软件的升级实现对不同的通信***的兼容,简化了复杂的模拟前端,有益于***升级更新。同时,发送、接收端所采用的DCSK混沌调制,由于采用了差分调制,在发送端和接收端的实现简单,无需复杂的信道估计和载波同步,复杂度低。
以上软件无线电的收发***的视频传输方法可以参见后续的方法实施例的相关内容。
图1为根据示例性实施例示出的一种方法流程框图。该方法适用于上述该基于软件无线电的收发***,如图1所示,通过所述第一终端获取源视频数据,对所述源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对所述数据包进行差分混沌键控调制处理,得到传输数据包,所述应用层信道编码采用***率信道算法;控制第一通讯软件无线电外设发送传输数据包。
接收端控制第二通讯软件无线电外设接受传输数据包,通过第二终端对传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。
其中,解码处理可以包括网络层进行数据包拆解和应用层信道解码。
采用非相干接收的DCSK调制技术,接收端无需载波恢复,信道估计和***同步,复杂度大大降低,能够实现低复杂度和低功耗的物联网短距离传输***的检测接收。
图2为根据示例性实施例示出的一种控制方法流程图。如图2所示,在实现时,该方法具体包括以下步骤:
步骤S11:读取源视频文件。
发送端读取的可以是标准的视频文件,例如H.264的视频编码文件。
步骤S12:进行应用层信道编码。
实现时,网络层编码采用***率信道编码算法。优选地,应用层信道编码可以采用喷泉码算法。
在应用层进行***率信道编码,编码后产生数据包。若在网络层传输时,产生数据丢包,丢失的数据包可以通过***率信道译码恢复,从而减少传输过程的丢包率,提高传输质量。
可选地,还可以对应用层的编码参数进行设置,编码参数包括:源数据包个数K、编码数据包个数N和源数据包长度T。
可选地,所述编码数据包的产生均由源符号异或操作获得。
下面以采用喷泉码算法为例,对应用层信道编码进行介绍。如图3所示,首先对K个源符号进行预编码,喷泉码预编码分为两步,第一步进行LDPC编码,第二步为Half编码,编码符号个数均可从源符号K中产生,至此得到中间符号。预编码后采用传统数字喷泉码的LT编码方式对中间符号进编码,具体操作为,依据设计好的度分布函数确定度值,不同个数的源符号按位异或形成编码。编码后得到IP数据包,
步骤S13:网络层数据包整合。
IP数据包传送至MAC层添加CRC校验。具体实现方式如图4所示。如下图4所示data为IP数据包,该数据包通常从顶层一步步封装而得,首先加要添加校验比特,共4字节,所用算法是CRC32。上层整个包作为下一层的数据部分,继续添加包头和尾比特。尾部的一字节用于区分两个数据包,然后对本层整个数据包白化,让数据分布均匀。包头的4字节是白化参数和数据包长度的组合,一组为16比特即两个字节,然后再重复一次。这样就得到一个MAC数据包。
步骤S14:物理层进行DCSK调制。
可选地,对每个MAC数据包的每个比特,设置参数:扩频调制的序列长度为β,设计底层混沌调制器进行调制和处理。
如图5(a)所示,调制器包括了一个延迟发送,调制过程为:首先混沌信号发生器产生一段混沌序列作为参考段s,长度为β;其次将应用层信道解码后的信号的每个比特b调制成长度为β的信息段,参考段和信息段总的发送长度为2β。
可以理解的,混沌调制和***率视频传输方法可以联合应用,混沌的扩频序列可以有效抵抗多径的时延,视频编码可以抵抗无线丢包,联合应用可以抑制无线网络视频传输的多径不良效应。具体实现方式可以为首先对K个源数据包进行喷泉码编码,编码后N个数据包,经过MAC加CRC校验,然后传到物理层,在该层对每个数据包的每个比特做DCSK调制,然后经过天线发送。
步骤S15:传输数据包送入第一USRP。
可选地,第一终端和第一USRP电连接,使得第一终端处理的传输数据包可以送入第一USRP。
步骤S16:经由第一USRP的天线发送传输数据包。
步骤S21:经由第二USRP的天线接收传输数据包。
步骤S22:信号送入第二USRP。
可选地,第二终端和第二USRP电连接,使得第二USRP接收的传输数据包可以送入第二终端进行处理。
步骤S23:在物理层进行DCSK解调。
DCSK***由非相关解调进行解调,如图5(b)所示,原理是将接收端收到接受信号r的信息段与其延迟β的rt-β进行相关运算。根据相关结果的极性判断所发送的信息,如果相关结果大于0则认为发送段传输的信号为“1”,反之认为发送的信号为“-1”。
步骤S24:网络层进行数据包拆解。
在网络层数据包通过MAC数据帧得到IP数据包。
步骤S25:应用层信道解码。
实现时,应用层信道解码可以采用***率信道解码算法。优选地,网络层解码可以采用喷泉码算法。
下面以采用喷泉码算法为例,对应用层信道解码进行介绍。如图6所示,首先由接收到的信号构造出生成矩阵A,将A划分为子矩阵,采用传统的高斯消元法将矩阵A单位化,即相当于译码过程。译码第一步成功后即可得到中间符号,最后对LDPC、Half进行译码即可恢复源数据。
步骤S26:恢复源视频数据。
可以理解的,混沌调制和***率视频传输方法可以联合应用。首先由接收到的信号进行DCSK解调,由于采用非相干解调,无需复杂的信道估计,载波同步。解调的数据包传到上层做完CRC校验后,进行喷泉码译码,最后恢复出恢复源数据。
传统BPSK调制是一种把模拟信号转换成数据值的转换方式。BPSK调制的0和1比特,使用基准的正弦波和相位反转的波形,从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。DCSK调制是一种扩频的调制方式,通过传输两段连续的混沌信号实现对比特信息的调制,第一段长度为β的信号作为参考,第二段信号作为信息承载信号,当发送的符号为“0”时,第二段信号与第一段信号一样,当发送的符号为“1”时,第二段信号是第一段信号的反信号。因此在无线多径传输环境下,DCSK调制比BPSK调制更有效地抵抗多径效应。
图7展示了在无线实际的多径传输信道下,***采用DCSK调制和BPSK调制在BER(Bit Error Ratio,比特出错概率)上的差异,说明***采用DCSK调制接收性能(其中β值为64)明显优于采用传统BPSK调制的接收性能。图8展示了在网络层解码的视频效果,也表明了基于DCSK和raptor编码在实际***平台的性能优越性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种基于软件无线电的收发***的视频传输方法,其特征在于,所述视频传输收发***包括发送端和接收端,所述发送端包括第一终端和第一通讯软件无线电外设,所述接收端包括第二终端和第二通讯软件无线电外设,所述方法包括:
通过所述第一终端获取源视频数据,对所述源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对所述数据包进行差分混沌键控调制处理,得到传输数据包,所述应用层信道编码采用***率信道算法;
控制所述第一通讯软件无线电外设发送所述传输数据包;
控制所述第二通讯软件无线电外设接受所述传输数据包;
通过所述第二终端对所述传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。
2.根据权利要求1所述的视频传输方法,其特征在于,对信道编码后的信号进行差分混沌键控调制处理,包括:
通过混沌信号发生器产生一段混沌序列作为参考段,所述参考段的长度为β;
将所述信道编码后的信号的每个比特调制成长度为β的信息段,所述参考段和所述信息段总的发送长度为2β。
3.根据权利要求1所述的视频传输方法,其特征在于,所述应用层信道编码采用喷泉码算法。
4.根据权利要求1-3任一项所述的视频传输方法,其特征在于,所述方法还包括对应用层的编码参数进行设置,所述编码参数包括:源数据包个数、编码数据包个数和源数据包长度。
5.根据权利要求4所述的视频传输方法,其特征在于,所述编码数据包的产生均由源符号异或操作获得。
6.一种基于软件无线电的收发***,其特征在于,所述收发***包括:
发送端,所述发送端包括第一终端和第一通讯软件无线电外设,所述第一终端用于获取源视频数据,对所述源视频数据进行应用层信道编码,在网络层将信道编码后的信号进行数据包整合,在物理层对所述数据包进行差分混沌键控调制处理,得到传输数据包,所述应用层信道编码采用***率信道算法;所述第一通讯软件无线电外设用于发送所述传输数据包;以及,
接收端,所述接收端包括第二终端和第二通讯软件无线电外设,所述第二通讯软件无线电外设用于接收所述传输数据包,所述第二终端用于对所述传输数据包进行差分混沌键控解调处理和解码处理,恢复源视频数据。
7.根据权利要求6所述的收发***,其特征在于,对信道编码后的信号进行差分混沌键控调制处理,包括:
通过混沌信号发生器产生一段混沌序列作为参考段,所述参考段的长度为β;
将所述信道编码后的信号的每个比特调制成长度为β的信息段,所述参考段和所述信息段总的发送长度为2β。
8.根据权利要求7所述的收发***,其特征在于,所述应用层信道编码采用喷泉码算法。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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