TDMA無線網絡中視頻動態傳輸方法

趙敏丞

【摘 要】無線網絡信道質量頻繁變化，傳輸帶寬也隨之改變，這些因素會嚴重影響視頻的傳輸質量。為了在無線TDMA網絡中提高視頻業務的傳輸質量，本文提出了一種視頻特征感知的分布式無線資源分配方法（Video Context-aware Distributed Wireless Resource Allocation， VCDRA）。它涉及了視頻的碼率控制和分布式動態時隙調整，視頻傳輸節點根據視頻業務的碼率失真特性和網絡狀態信息，進行分布式的時隙動態調整和視頻碼率控制，提高全網視頻傳輸質量。

【關鍵詞】上下文感知；TDMA；資源分配；碼率控制；分布式

0 引言

Ad Hoc無線網絡中很多采用了時分多址（TDMA）的信道共享方式[1]。由于Ad Hoc無線網絡沒有中心節點，因此基于中心節點的集中式視頻傳輸方法（如無線局域網、蜂窩移動網）不能滿足Ad Hoc網絡的需要。本文分析了無線動態TDMA網絡的特征，對如何使得多個視頻終端更加高效動態地共享無線信道資源和進行視頻碼率控制進行了研究。

無線TDMA網絡按時間片來規定每個成員信息發送時機。時隙分配通常有三種方式： 競爭、固定和預約。競爭方式可能會由于搶占沖突，特別在用戶數較多的情況下，會引起系統吞吐量下降。固定方式則根據網絡成員的數量、成員信息業務量等情況統一規劃，預先產生固定的時隙分配規則，在運行中保持不變。這樣的機制在成員入網、退網和成員業務信息有突發情況時都不適用。自組織時分多址（STDMA）[2]采用預約方式，每個用戶偵聽信道持續一段時間，獲取其它用戶的時隙占用情況，根據時隙選擇算法選擇該用戶自己需要的時隙，并進行預約，形成時隙預約信息報文。所有用戶都構造和維持著一張時隙狀態表，該表包含了所有用戶對時隙進行動態預約的信息，STDMA不需依賴于集中控制節點進行統一分配。這種接入方式的動態性和靈活性更強，但是可能存在隱藏終端問題。

在多用戶通信系統中，無線TDMA網絡的時隙資源分配決定無線帶寬的分配。如果帶寬分配不合理，無論如何調整視頻碼率，其傳輸質量仍然難以改善。對視頻傳輸友好的資源分配策略需要考慮視頻質量等諸多因素。本文提出的方法涉及了視頻的碼率控制和分布式動態時隙調整。任意用戶通過監聽TDMA無線網絡中所有視頻傳輸用戶的時隙使用情況，獲得全網在線視頻傳輸用戶的視頻傳輸狀況，并且所有在線視頻傳輸用戶共享視頻最低碼率需求信息。視頻傳輸節點根據視頻業務的碼率失真特性和網絡狀態信息，進行分布式的時隙動態調整和碼率控制，提高全網視頻傳輸質量。

1 視頻特征感知的分布式無線資源分配方法

在本方法中，任一終端包含了視頻速率需求分析模塊、監聽視頻傳輸模塊、時隙調整及碼率聯合計算模塊和碼率控制模塊。這四個模塊相互配合工作，視頻速率需求分析模塊和監聽視頻傳輸模塊可以獲取全網在線視頻傳輸用戶的動態狀況，為時隙調整和碼率聯合計算提供輸入參數；時隙調整和碼率聯合計算是本方法的核心，計算出最佳的時隙分配方案和用戶應采用的碼率值；最后碼率控制模塊根據推薦的碼率值控制視頻實時壓縮參數。

1.1 問題建模

2 仿真結果及分析

接下來我們用仿真對VCDRA標記算法與輪詢（Round Robin）算法進行性能對比。仿真基于matlab仿真工具，我們采用JSVM工具來對CIF視頻“News”，“Hall”， “Foreman”進行編碼。視頻壓縮采用JSVM的默認壓縮參數。

在仿真過程中，系統總共包含了若干個用戶。每個用戶向隨機若干個其它用戶發送視頻業務。圖1展示了不同用戶情況下，用戶接受的平均視頻質量。隨著用戶數的增多，用戶接收的平均視頻質量逐步下降。VCDRA總體上優于RR算法，其用戶接受的平均視頻質量高于RR算法。

3 結論

本文提出了一種視頻特征感知的分布式無線資源分配方法。它能夠根據用戶請求的情況和視頻碼率的特征進行視頻碼率控制和分布式動態時隙調整，提高全網視頻傳輸質量。Matlab仿真實驗結果表明VCDRA能夠有效地增強多媒體視頻的質量，提高全網的視頻傳輸質量。

【參考文獻】

[1]嚴忠，齊忠杰.動態TDMA資源分配方法研究與實現[J].移動通信，2010，6：41-44.

[2]黃凱，毛玉泉，苗強，戚云軍.STDMA 數據鏈系統的動態時隙分配研究[J].航空電子技術，2005，36（3）：25-29.

[責任編輯：湯靜]