技术领域
[0001] 本
发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输方法及系统。
背景技术
[0002] 移动通信和移动计算的出现，使得数据流量，尤其是移动视频，爆炸式增长。在移动视频中，
视频点播和视频会议等应用越来越普及。与此同时，用户终端在显示屏
分辨率和处理器等方面也存在多样性。因此，如何使得移动视频满足用户差异化需求是一个重要的课题。可伸缩编码(Scalable Video Coding，简称SVC)，是H.264/MPEG-4 AVC的拓展，它将
视频流编码为一个基本层码流和多个增强层码流。增强层码流和基本层码流一起解码，可以提高视频解码后的
质量，，从而可以提高用户终端的视频观看效果，但是增强层不能被独立解码出视频。用户终端必须解码出基本层码流才能恢复原视频，且随着接收的增强层码流越多，视频越高清。
[0003] 另一方面，移动通信的载体，蜂窝网络也由传统的单一类型基站同构网络发展为多类型基站异构网络。不同类型的基站具有不同的特点：宏基站发射功率大，
覆盖范围广，主要提供低速率广覆盖服务；小基站(如微基站，家庭基站等)覆盖范围小，主要提供高速率低覆盖服务。
[0004] 目前，关于可伸缩编码视频在蜂窝网中的传输技术，主要基于对无线子信道质量的测量以及用户的速率需求来选择传输的视频码流。但这种方案的缺点在于无线子信道存在时变特性，子信道状态在不停地变化，测量的子信道状态信息可能已经过时，从而可能导致如下不良后果：当子信道质量突然变差时，向用户终端传输了多层视频码流，导致视频用户终端出现卡顿现象；当子信道质量突然变好时，却依然向用户终端传输非高清视频，从而浪费带宽，影响用户体验。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输方法及系统，可降低视频中断率并提高视频高清率，从而提高用户体验。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输方法，该方法包括：
[0008] 根据可伸缩
视频编码SVC将视频编码为基本层和增强层；
[0009] 根据用户终端与异构蜂窝网中已进行
频谱资源分配的宏基站和小基站之间的连接状态进行基本层和增强层视频的传输；其中，若用户终端仅与宏基站连接，则接收宏基站传输的基本层；若用户终端采用多流技术与宏基站和小基站连接，则接收小基站传输的增强层视频，以概率p接收宏基站传输的基本层视频，以概率1-p接收小基站传输的基本层视频。
[0010] 该方法还包括：异构蜂窝网中频谱资源的分配，其包括：采用
正交或非正交分配策略将频谱资源分配给宏基站和小基站；
[0011] 其中，正交分配策略分配频谱资源为：将N个子信道划分为正交的两部分Nm和Nf，分别分配给宏基站层和小基站层，且Nm+Nf＝N；由每个基站独立为接入的用户终端分配子信道；
[0012] 非正交分配策略分配频谱资源为：宏基站层从N个子信道中随机选取Nm个，小基站层从N个子信道中随机选取Nf个；由每个基站独立为接入的用户终端分配子信道。
[0013] 异构蜂窝网中的频谱资源分配之后包括：
[0014] 根据基站
密度、用户密度、视频速率以及预设的概率p值，对正交和非正交两种分配策略进行优化，表示为：
[0015]
[0016] 其中，PHD为小基站用户视频高清率， 为宏基站用户视频中断率， 为小基站用户视频中断率，ε1是宏基站用户的视频中断率
阈值，ε2是小基站用户的视频中断率阈值。
[0017] 所述概率p值的预设方法包括：
[0018] 当用户终端采用多流技术与宏基站和小基站连接时，采用全局设置法或独立设置法设置概率p值；
[0019] 其中，全局设置法为根据基站中所有用户的移动速度设置统一的概率p值；独立设置法为根据基站中每一用户的移动速度单独设置对应的概率p值；其中，用户的移动速度越快，则概率p值越大。
[0020] 一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输系统，该系统包括：
[0021] 视频分割单元，用于根据可伸缩视频编码SVC将视频编码为基本层和增强层；
[0022] 传输单元，用于根据用户终端与异构蜂窝网中已进行频谱资源分配的宏基站和小基站之间的连接状态进行基本层和增强层视频的传输；其中，若用户终端仅与宏基站连接，则接收宏基站传输的基本层；若用户终端采用多流技术与宏基站和小基站连接，则接收小基站传输的增强层视频，以概率p接收宏基站传输的基本层视频，以概率1-p接收小基站传输的基本层视频。
[0023] 该系统还包括：
[0024] 频谱资源分配单元，用于异构蜂窝网中频谱资源的分配，其包括：采用正交或非正交分配策略将频谱资源分配给宏基站和小基站；
[0025] 其中，正交分配策略分配频谱资源：将N个子信道划分为正交的两部分Nm和Nf，分别分配给宏基站层和小基站层，且Nm+Nf＝N；由每个基站独立为接入的用户终端分配子信道；
[0026] 非正交分配策略分配频谱资源：宏基站层从N个子信道中随机选取Nm个，小基站层从N个子信道中随机选取Nf个；由每个基站独立为接入的用户终端分配子信道。
[0027] 该系统还包括：
[0028] 资源优化单元，用于在异构蜂窝网中的频谱资源分配之后，根据基站密度、用户密度、视频速率以及预设的概率p值，对正交和非正交两种分配策略进行优化，表示为：
[0029]
[0030] 其中，PHD为小基站用户视频高清率， 为宏基站用户视频中断率， 为小基站用户视频中断率，ε1是宏基站用户的视频中断率阈值，ε2是小基站用户的视频中断率阈值。
[0031] 该系统还包括：
[0032] 概率p值预设单元，用于预设概率p值，其包括：当用户终端采用多流技术与宏基站和小基站连接时，采用全局设置法或独立设置法设置概率p值；
[0033] 其中，全局设置法为根据基站中所有用户的移动速度设置统一的概率p值；独立设置法为根据基站中每一用户的移动速度单独设置对应的概率p值；其中，用户的移动速度越快，则概率p值越大。
[0034] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过将视频分别编码为基本层和增强层两层后，依据用户终端的连接状态，利用宏基站和小基站协作传输可伸缩编码视频，从而降低用户终端视频中断率并提高视频高清率，实现可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的可靠和高效能传输。
附图说明
[0035] 为了更清楚地说明本发明
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
[0036] 图1为本发明实施例一提供的一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输方法的
流程图；
[0037] 图2为本发明实施例一提供的异构蜂窝网中用户终端不同的视频接收方式示意图；
[0038] 图3为本发明实施例一提供的频谱资源正交分配方法示意图；
[0039] 图4为本发明实施例一提供的频谱资源非正交分配方法示意图；
[0040] 图5为本发明实施例一提供的正交频谱分配下不同p值的系统性能仿真结果示意图；
[0041] 图6为本发明实施例一提供的非正交频谱分配下不同p值的系统性能仿真结果示意图；
[0042] 图7为本发明实施例二提供的一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输系统的示意图。
具体实施方式
[0043] 下面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，都属于本发明的保护范围。
[0044] 实施例一
[0045] 图1为本发明实施例一提供的一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括如下步骤：
[0046] 步骤11、根据可伸缩视频编码SVC将视频编码为基本层和增强层。
[0047] 本发明实施例中，将视频编码为一个基本层和至少一个增强层；基本层码流可以独立解码，增强层码流包含用于提高低层码流质量的附加信息，需要和包括基本层码流在内的低层码流一起解码。为了便于描述，本实施例中视频源根据用户终端的实际需求情况将视频在分辨率，
帧率以及视频质量三个维度上进行分层编码为两层，将基本信息编码为基本层，其速率要求是RB；将残差信息编码为增强层，其速率要求是RE。
[0048] 步骤12、根据用户终端与异构蜂窝网中已进行频谱资源分配的宏基站和小基站之间的连接状态进行基本层和增强层视频的传输。
[0049] 其中，若用户终端仅与宏基站连接，则接收宏基站传输的基本层；若用户终端采用多流技术的与宏基站和小基站连接，则接收小基站传输的增强层视频，以概率p接收宏基站传输的基本层视频，以概率1-p接收小基站传输的基本层视频；其传输方式可参见图2。
[0050] 本发明实施例中还包括，异构蜂窝网的资源分配与资源优化；具体来说：
[0051] 假设该异构蜂窝网络包含两层基站，第一层是宏基站，宏基站密度是 发射功率是Pm；第二层是小基站，小基站密度是 发射功率是Pf。由于
电磁波的衰减，每个基站都会有一个覆盖区域，同时由于实际系统中基站部署
位置的不规则，基站之间有的相隔很近，有的相隔很远，因此实际的每个基站的覆盖区域面积都不一致。基站覆盖区域大小是一个很重要的参数，因为它直接影响到基站的用户数。上述具体参数的获得是由所研究区域的实际基站部署和设置决定的。
[0052] 由于本发明主要是研究可伸缩编码视频如何从视频
服务器，经由异构蜂窝网络，传输给用户终端，因此本发明实施例仅介绍视频在蜂窝网络中的下行传输。示例性的，本实施例中的异构蜂窝网络中下行链路的子信道可以使用OFDM(正交频分复用技术)方式编码的，各子信道
信号之间相互正交，不相互干扰；假设总共有N个子信道，每个子信道带宽是WHz，基站给每个用户分配子信道时，每个用户每个时隙只占用一个子信道。当用户数多于信道数时，可以采用Round-Robin(轮叫调度)的方式，即分时复用，也可以采用其他的用户调度方式，如PF方式等；以及不同用户每次分配的子信道可以有多个，以上均为举例并非构成限制。
[0053] 1、异构蜂窝网中频谱资源的分配主要包括：采用正交或非正交分配策略将频谱资源分配给宏基站和小基站；
[0054] 如图3所示，正交分配策略分配频谱资源为：将N个子信道划分为正交的两部分Nm和Nf，分别分配给宏基站层和小基站层，且Nm+Nf＝N；由每个基站独立给接入的用户终端分配子信道；这种分配策略的优点在于宏基站层和小基站层使用正交的频谱，没有层间干扰；
[0055] 如图4所示，非正交分配策略分配频谱资源为：宏基站层从N个子信道中随机选取Nm个，小基站层从N个子信道中随机选取Nf个；由每个基站独立给接入的用户终端分配子信道。这种分配策略的优点在于子信道的选取具有更大的随机性，虽然存在层间干扰，但是层内的干扰减少了。
[0056] 2、资源优化。
[0057] 在频谱分配方法中，最优的Nm和Nf值是与基站密度 和 用户密度 和视频速率RB和RE，以及概率p等联系的。其中：
[0058] 1)基站密度 和 以及用户密度 和 是根据所选取的区域具体的数值中统计出来的，是一个确定的数值。
[0059] 2)视频速率RB和RE是从系统内大量用户的基本层速率RB和增强层速率RE的统计中选取的典型值，可以是平均值，中位数值或者其他统计值。
[0060] 3)概率p值有两种设置方法。当采用多流技术，使得用户终端与宏基站和小基站同时连接时，可以采用全局设置法或独立设置法设置概率p值：
[0061] a)全局设置法为根据基站中所有用户的移动速度设置统一的概率p值；p值大小与所选取区域用户的移动速度有关，用户移动速度越快，p值越大；用户移动速度越小，p值越小。
[0062] b)独立设置法为根据基站中每一用户的移动速度单独设置对应的概率p值；每一个用户的p值的设置都是彼此独立的。
[0063] 本发明实施例中，根据基站密度、用户密度、视频速率以及预设的概率p值，对正交和非正交两种分配策略进行优化，最优参数求解的方法如下：
[0064]
[0065] 其中， 为宏基站用户视频中断率，定义为宏基站用户中不能解码出基本层的比例，或者单个宏基站用户无法解码出基本层的概率；
[0066] 为小基站用户视频中断率，定义为小基站用户中不能解码出基本层的比例，或者单个小基站用户无法解码出基本层的概率；
[0067] PHD为小基站用户视频高清率，定义为小基站用户能够同时解码出基本层和增强层，从而接收到高清视频的比例，或者单个小基站用户能够接收到高清视频的概率。
[0068] ε1是宏基站用户的视频中断率阈值，即宏基站用户的视频中断率不能超过ε1；ε2是小基站用户的视频中断率阈值，即小基站用户的视频中断率不能超过ε2。
[0069] 进一步的，当异构蜂窝网络中资源分配并优化后，用户终端连接到基站，向视频服务器
请求视频；可伸缩编码视频根据用户的连接状态进行如下视频传输：
[0070] 1)正交频谱分配情况：
[0071] a)对于宏基站，根据各自覆盖区域内的实际用户数分配信道和时隙，每个用户的速率是：
[0072]
[0073] 其中x0是服务宏基站的空间位置；l(x0)是用户与服务基站之间的大尺度衰落和阴影衰落；h(x0)是用户与服务基站之间的小尺度衰落；G是一个常数，与系统采用的调制编码等有关，它反映了依据香农信道容量公式计算的速率和实际速率之间的偏差；Φm是使用了该信道的干扰宏基站集合；σ2是噪声功率大小。
[0074] b)对于小基站，根据各自覆盖区域内的实际用户数分配信道和时隙，其次还要确定每个用户请求的是基本层视频还是增强层视频。每个用户的速率是：
[0075]
[0076] 其中x0是服务小基站的空间位置；Φf是使用了该信道的干扰小基站集合。
[0077] 2)非正交频谱分配情况：
[0078] a)对于宏基站，根据各自覆盖区域内的实际用户数分配信道和时隙，每个用户的速率是
[0079]
[0080] 由于非正交频谱分配下，宏基站层和小基站层存在层间干扰，因此在干扰项中加入了来自小基站的层间干扰项。
[0081] b)对于小基站，根据各自覆盖区域内的实际用户数分配信道和时隙，其次还要确定每个用户请求的是基本层视频还是增强层视频。每个用户的速率是：
[0082]
[0083] 同理，由于非正交频谱分配下，宏基站层和小基站层存在层间干扰，因此在干扰项中加入了来自宏基站的层间干扰项。
[0084] 进一步的，小基站覆盖范围内的用户呈泊松点过程分布，其密度是 小基站覆盖范围外的仅能连接到宏基站的用户也呈泊松点过程分布，其密度是 本实施例中，将用户基于所处的位置分为两类，实际系统中的用户并不一定是泊松点过程分布的，且用户分布并不平稳。用户分布的具体特征并不重要，我们只需要得到每个基站内实际的连接用户数即可，基站可以从用户的连接信令中获得这个信息。这里只是为了描述的方便，假设了用户分布的形式。
[0085] 对于仅被宏基站覆盖的用户终端，它们只连接到宏基站，并且只接收基本层视频；对于同时被宏基站和小基站覆盖的用户终端，它们从小基站接收增强层，以概率p选择从宏基站接收基本层，以概率1-p选择从小基站接收基本层。
[0086] 依据概率p值的选取，有如下三种协议：
[0087] 1)解耦协议，当p＝0。宏基站用户仅连接到宏基站，并从宏基站出接收基本层视频。小基站用户仅连接到小基站，并依据子信道状态信息，当子信道条件好时从小基站接收基本层和增强层；当子信道条件差时，只从小基站接收基本层。
[0088] 2)耦合协议，当p＝1。宏基站用户仅连接到宏基站，并从宏基站出接收基本层视频。小基站用户采用多流的技术，同时连接到宏基站和小基站。从宏基站获取基本层，从小基站获取增强层。
[0089] 3)混合协议，当0＜p＜1。对于仅被宏基站覆盖的用户终端，它们只连接到宏基站，并且只接收基本层视频；对于同时被宏基站和小基站覆盖的用户终端，它们从小基站接收增强层，以概率p选择从宏基站接收基本层，以概率1-p选择从小基站接收基本层。
[0090] 进一步的，依据用户终端的接入基站状态，用户终端接收来自异构蜂窝网络的可伸缩编码视频，最终的视频解码性能与用户类型以及接入状态有关：
[0091] 对于宏基站用户，只能接收基本层视频，其中断率是：
[0092]
[0093] 其中，Ρr表示概率；
[0094] 对于小基站用户，可以采用多流的方式同时接入宏基站和小基站，并从这两条链路接收基本层和增强层，其中断率 与高清率PHD表示为：
[0095]
[0096] 另一方面，还基于上述方案，进行了仿真试验，仿真参数如表1所示：
[0097]
[0098] 表1仿真参数
[0099] 仿真结果见图5和图6，需要注意的是，上述的仿真参数的设置只是一个可行的参数设置，各参数均可以根据实际情况进行调整。
[0100] 其中，图5说明了在正交频谱分配下，选取不同p值时用户接收视频的性能。标记符号为“○”的三条曲线中，实线为p＝0时的高清率曲线，短画线为p＝0.5时的高清率曲线，点线为p＝1时的高清率曲线；标记符号为“□”的三条曲线中，实线为p＝0时的宏基站用户中断率曲线，短画线为p＝0.5时的宏基站用户中断率曲线，点线为p＝1时的宏基站用户中断率曲线；标记符号为“+”的三条曲线中，实线为p＝0时的小基站用户中断率曲线，短画线为p＝0.5时的小基站用户中断率曲线，点线为p＝1时的小基站用户中断率曲线，且与p＝1时的宏基站用户中断率曲线重合。
[0101] 图6说明了在非正交频谱分配下，选取不同p值时用户接收视频的性能。标记符号为“○”的三条曲线中，实线为p＝0时的高清率曲线，短画线为p＝0.5时的高清率曲线，点线为p＝1时的高清率曲线；标记符号为“□”的三条曲线中，实线为p＝0时的宏基站用户中断率曲线，短画线为p＝0.5时的宏基站用户中断率曲线，点线为p＝1时的宏基站用户中断率曲线；标记符号为“+”的三条曲线中，实线为p＝0时的小基站用户中断率曲线，短画线为p＝0.5时的小基站用户中断率曲线，点线为p＝1时的小基站用户中断率曲线，且与p＝1时的宏基站用户中断率曲线重合。
[0102] 根据图5和图6可以看出，不同概率p值下正交和非正交频谱分配的系统性能，p值越大系统性能越差，中断率越高，高清率越低。但是对于移动速度比较大的用户而言，p值越大越有利，因为用户以更大的概率从宏基站接收基本层，避免了移动过程中频繁切入小基站带来的切换延时和开销。
[0103] 同时，最优的Nm和Nf值可以依据实际系统中ε1和ε2的要求从图5和图6的曲线中得到。
[0104] 本发明实施例通过将视频分别编码为基本层和增强层两层后，依据用户终端的连接状态，利用宏基站和小基站协作传输可伸缩编码视频，从而降低用户终端视频中断率并提高视频高清率，实现可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的可靠和高效能传输。
[0105] 实施例二
[0106] 为了便于理解本发明，
[0107] 图7为本发明实施例二提供的一种可伸缩编码视频在异构蜂窝网中的传输系统的示意图。如图7所示，该系统主要包括：
[0108] 视频分割单元71，用于根据可伸缩视频编码SVC将视频编码为基本层和增强层；
[0109] 传输单元72，用于根据用户终端与异构蜂窝网中已进行频谱资源分配的宏基站和小基站之间的连接状态进行基本层和增强层视频的传输；其中，若用户终端仅与宏基站连接，则接收宏基站传输的基本层；若用户终端同时被宏基站和基站覆盖，则采用多流技术与宏基站和小基站连接，接收小基站传输的增强层视频，以概率p接收宏基站传输的基本层视频，以概率1-p接收小基站传输的基本层视频。
[0110] 优选的，该系统还可以但不限于包括：
[0111] 频谱资源分配单元73，用于异构蜂窝网中频谱资源的分配，其包括：采用正交或非正交分配策略将频谱资源分配给宏基站和小基站；
[0112] 其中，正交分配策略分配频谱资源：将N个子信道划分为正交的两部分Nm和Nf，分别分配给宏基站层和小基站层，且Nm+Nf＝N；由每个基站独立给接入的用户终端分配子信道；
[0113] 非正交分配策略分配频谱资源：宏基站层从N个子信道中随机选取Nm个，小基站层从N个子信道中随机选取Nf个；由每个基站独立为接入的用户终端分配子信道。
[0114] 资源优化单元74，用于在异构蜂窝网中的频谱资源分配之后，根据基站密度、用户密度、视频速率以及预设的概率p值，对正交和非正交两种分配策略进行优化，表示为：
[0115]
[0116] 其中，PHD为小基站用户视频高清率， 为宏基站用户视频中断率， 为小基站用户视频中断率。
[0117] 概率p值预设单元75，用于预设概率p值，其包括：当用户终端采用多流技术与宏基站和小基站连接时，采用全局设置法或独立设置法设置概率p值；
[0118] 其中，全局设置法为根据基站中所有用户的移动速度设置统一的概率p值；独立设置法为根据基站中每一用户的移动速度单独设置对应的概率p值；其中，用户的移动速度越快，则概率p值越大。
[0119] 需要说明的是，上述系统中包含的各个功能模
块所实现的功能的具体实现方式在前面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。
[0120] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
[0121] 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上述实施例可以通过
软件实现，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，上述实施例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。
[0122] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以
权利要求书的保护范围为准。
