无线动态视频的跨层传输方法、装置、系统、介质及产品

本发明涉及无线多媒体通信，具体涉及无线动态视频的跨层传输方法、装置、系统、介质及产品。

背景技术：

1、随着车联网技术的蓬勃发展，视频数据在车联网系统中发挥着举足轻重的作用。它不仅能够为驾驶员提供实时的路况和交通信息，帮助他们做出更为精准的驾驶决策，同时也为乘客带来了丰富的视觉体验和娱乐内容。然而，在车辆高速行驶的过程中，网络延迟、带宽限制和数据冗余等问题时常困扰着视频数据的传输。这些问题导致预警和警示信息无法及时、准确地传达给驾驶员和乘客，从而增加了交通事故的风险。

2、为了满足不同场景下高质量、高带宽视频数据的传输需求，研究者们不断探索新的技术手段。其中，可扩展视频编码(scalable video coding,svc)技术因其独特的优势而备受关注。svc技术允许一个视频生成多种不同维度的码流，这些码流可以根据不同的网络环境和用户需求进行灵活调整，从而实现了视频数据的高效传输。

3、然而，svc技术的应用也面临着一些挑战。由于svc生成的码流主要在应用层(app层)中生成，缺乏与其他网络层的动态控制机制，这使得视频数据的传输效率和质量无法得到进一步优化。

4、因此，如何开发出一种无线动态视频的跨层传输方法，通过优化svc技术与网络层的交互，实现视频数据的快速、稳定传输，已成为当前本领域技术人员亟待攻克的技术难题。

5、相关术语解释：

6、可分级视频编码(scalable video coding，svc)：传统视频编码的延伸，具有可伸缩和可分层的特点，可以在帧率、分辨率、质量上进行划分，一次编码可以输出多层码流，分为基本层和增强层，适用不同的终端和网络状况。

7、基础层(base layer，bl)：提供基本图像质量的数据流。

8、增强层(enhancement layer，el)：提供在基础层的基础之上重构的更高图像质量所需的数据流。

9、编码：由于视频信息中存在冗余，因此可以在保证视频质量的前提下，减少用来表征视频信息的比特数。

10、冗余：图像的各像素数据之间存在着极强的相似性，因此视频信息中包含着大量重复或多余的信息。

11、nalu数据包；network abstraction layer unit,网络抽象层单元。

12、功分复用(power division multiple,pdm)：将功率域划分为多个功率段，每个功率段之间满足线性可加性，发射端根据合理的功率控制算法同时同频地发射功率域的叠加信号，接收端通过利用多用户检测技术(sic接收机)完成多个数据流的分离和解调。

13、正交相移键控(qpsk)：又称四相移相键控，通过转换或调制来传达数据的调制方法，基准信号(载波)的定相，qpsk每个符号能够进行两位编码，以格雷编码的方式显示在图形上以最小化误码率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无线动态视频的跨层传输方法，以克服现有技术中由于svc技术缺乏与其他网络层的动态控制机制，导致视频数据的传输效率和质量无法得到优化的问题。

2、本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、一种无线动态视频的跨层传输方法，包括以下步骤：

4、s1：设置输入视频信号的gop长度，使gop的个数为整数；在app层对视频信号进行编码，所述编码采用质量可分级视频编码；进行码流提取，获取phy层的传输速率，使编码后的视频信号的总码率小于等于phy层的传输速率；编码后，每帧视频信号包括一层基础层和多层增强层，将每层基础层、增强层封装为nalu数据包；

5、s2：在app层设置nalu数据包的优先级，其中，基础层nalu数据包的优先级高于增强层nalu数据包的优先级，增强层的层数越低，增强层nalu数据包的优先级越高；

6、s3：在dll层采用功分复用传输技术，根据每帧视频信号基础层和增强层的层数划分功率段，每一层为一个功率段；根据步骤s2设置nalu数据包的优先级分配每个功率段的功率；其中，nalu数据包的优先级越高，分配的功率越大；

7、s4：在phy层设置调制方式，对每帧视频信号的nalu数据包采用多级qpsk调制方案，得到调制后的视频信号；所述qpsk调制的级数等于每帧视频信号功率段的个数，即每帧视频编码的层数；

8、s5：把调制后的视频信号通过射频传输至无线信道；

9、s6：接收端接收无线信道的视频信号，进行解调、解功分复用、码流合并及视频解码，而后输出视频信号。

10、进一步地，步骤s1中，所述质量可分级视频编码采用中粒度质量可分级性。

11、进一步地，步骤s1中，所述编码为基于h.264和h.265编码标准中的一种。

12、进一步地，步骤s1中，所述gop长度等于视频信号的帧数。

13、进一步地，步骤s4中，所述调制方式为正交相移键控。

14、进一步地，步骤s4中，所述星座映射为格雷映射。

15、一种无线动态视频的跨层传输装置，包括app层处理模块、dll层处理模块、phy层处理模块以及无线传输模块；其中，app层处理模块：用于对输入的视频信号进行编码、解码及设置nalu数据包的优先级；dll层处理模块：用于对nalu数据包进行功分复用、解功分复用及功率分配；phy层处理模块：用于对nalu数据包进行调制及解调；无线传输模块：用于进行射频传输。

16、一种计算机装置设备系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述无线动态视频的跨层传输方法的步骤。

17、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述无线动态视频的跨层传输方法的步骤。

18、一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述无线动态视频的跨层传输方法的步骤。

19、与现有技术相比，本发明的积极进步效果在于：

20、本发明方法通过利用phy层的调制方式与无线信道的实时传输状态，结合dll层的功率分配，以及app层的编码结构，并充分利用nalu数据包的优先级特性，实现了在实际传输过程中的传输速率可控性。不仅确保了每路数据流的比特正交性和公平性，而且有更低的复杂度。同时还实现了phy层、dll层与app层之间的动态联合控制，保证了视频数据的稳定传输，从而显著提高了视频的服务质量，满足用户对高质量视频服务的需求。将app层、dll层和phy层三层联合跨层优化，使得传输系统的性能整体达到最优，保障视频高效传输。

21、进一步地，本发明方法在app层利用nalu数据包作为最小单元代替传统的以层作为最小单元，nalu数据包可以在不同层之间自由传递，无需受到固定层级的限制，使得数据传输和处理更加灵活，从而适应各种复杂的网络环境和应用需求。而且在任意gop结构下，均可以合理分析和利用nalu的优先级，以实现更加精准和高效的功率段匹配。同时，引入速率控制机制，确保在不同网络条件下能够灵活调整传输速率，以适应多样化的车联网传输环境。

22、进一步地，本发明方法在dll层采用功分复用传输技术，通过精准划分功率段来进行功率控制，并且结合了pdm技术中不同功率段传输可靠性不同的特点，去匹配nalu的优先级，确保高优先级的nalu能够获得更可靠的传输，从而更有效地保障接收端的视频质量。进一步地，结合nalu数据包的优先级特性与无线信道的传输状态进行功率分配，当信道质量上乘时，能够高效发送符合传输速率的全部码流信息，确保数据的完整性和实时性；当信道质量出现波动或下降时，能够智能地调整并优化策略，仅发送基础层以及优先级较高的增强层数据，从而在复杂多变的网络环境中，始终保证视频信号的正确传输，并最大程度地维持视频的服务质量。

23、进一步地，本发明方法在phy层对nalu数据包均采用qpsk的调制方式，qpsk使用的符号数较少，复杂度和错误率较低；且每个符号的相位差异大，具有更高的灵敏度，因此抗干扰能力更强。若将每帧视频数据封装为l层nalu数据包，则采用l级qpsk叠加的方式进行调制。不仅保证了传输的可靠性，还避免了高阶调制带来的复杂性和不稳定性。通过这种策略，能够在不同信道条件下适应不同nalu的优先级，确保更高优先级的nalu具有更低的误码率，从而提高传输效率。

24、进一步地，本发明方法在传输过程中仅利用一阶边的参考关系代替所有的高阶边的参考关系，可以降低传输过程中的复杂度，实现视频编码与传输的高效联合。