TDMA无线网络中视频动态传输方法

赵敏丞

【摘 要】无线网络信道质量频繁变化，传输带宽也随之改变，这些因素会严重影响视频的传输质量。为了在无线TDMA网络中提高视频业务的传输质量，本文提出了一种视频特征感知的分布式无线资源分配方法（Video Context-aware Distributed Wireless Resource Allocation， VCDRA）。它涉及了视频的码率控制和分布式动态时隙调整，视频传输节点根据视频业务的码率失真特性和网络状态信息，进行分布式的时隙动态调整和视频码率控制，提高全网视频传输质量。

【关键词】上下文感知；TDMA；资源分配；码率控制；分布式

0 引言

Ad Hoc无线网络中很多采用了时分多址（TDMA）的信道共享方式[1]。由于Ad Hoc无线网络没有中心节点，因此基于中心节点的集中式视频传输方法（如无线局域网、蜂窝移动网）不能满足Ad Hoc网络的需要。本文分析了无线动态TDMA网络的特征，对如何使得多个视频终端更加高效动态地共享无线信道资源和进行视频码率控制进行了研究。

无线TDMA网络按时间片来规定每个成员信息发送时机。时隙分配通常有三种方式： 竞争、固定和预约。竞争方式可能会由于抢占冲突，特别在用户数较多的情况下，会引起系统吞吐量下降。固定方式则根据网络成员的数量、成员信息业务量等情况统一规划，预先产生固定的时隙分配规则，在运行中保持不变。这样的机制在成员入网、退网和成员业务信息有突发情况时都不适用。自组织时分多址（STDMA）[2]采用预约方式，每个用户侦听信道持续一段时间，获取其它用户的时隙占用情况，根据时隙选择算法选择该用户自己需要的时隙，并进行预约，形成时隙预约信息报文。所有用户都构造和维持着一张时隙状态表，该表包含了所有用户对时隙进行动态预约的信息，STDMA不需依赖于集中控制节点进行统一分配。这种接入方式的动态性和灵活性更强，但是可能存在隐藏终端问题。

在多用户通信系统中，无线TDMA网络的时隙资源分配决定无线带宽的分配。如果带宽分配不合理，无论如何调整视频码率，其传输质量仍然难以改善。对视频传输友好的资源分配策略需要考虑视频质量等诸多因素。本文提出的方法涉及了视频的码率控制和分布式动态时隙调整。任意用户通过监听TDMA无线网络中所有视频传输用户的时隙使用情况，获得全网在线视频传输用户的视频传输状况，并且所有在线视频传输用户共享视频最低码率需求信息。视频传输节点根据视频业务的码率失真特性和网络状态信息，进行分布式的时隙动态调整和码率控制，提高全网视频传输质量。

1 视频特征感知的分布式无线资源分配方法

在本方法中，任一终端包含了视频速率需求分析模块、监听视频传输模块、时隙调整及码率联合计算模块和码率控制模块。这四个模块相互配合工作，视频速率需求分析模块和监听视频传输模块可以获取全网在线视频传输用户的动态状况，为时隙调整和码率联合计算提供输入参数；时隙调整和码率联合计算是本方法的核心，计算出最佳的时隙分配方案和用户应采用的码率值；最后码率控制模块根据推荐的码率值控制视频实时压缩参数。

1.1 问题建模

2 仿真结果及分析

接下来我们用仿真对VCDRA标记算法与轮询（Round Robin）算法进行性能对比。仿真基于matlab仿真工具，我们采用JSVM工具来对CIF视频“News”，“Hall”， “Foreman”进行编码。视频压缩采用JSVM的默认压缩参数。

在仿真过程中，系统总共包含了若干个用户。每个用户向随机若干个其它用户发送视频业务。图1展示了不同用户情况下，用户接受的平均视频质量。随着用户数的增多，用户接收的平均视频质量逐步下降。VCDRA总体上优于RR算法，其用户接受的平均视频质量高于RR算法。

3 结论

本文提出了一种视频特征感知的分布式无线资源分配方法。它能够根据用户请求的情况和视频码率的特征进行视频码率控制和分布式动态时隙调整，提高全网视频传输质量。Matlab仿真实验结果表明VCDRA能够有效地增强多媒体视频的质量，提高全网的视频传输质量。

【参考文献】

[1]严忠，齐忠杰.动态TDMA资源分配方法研究与实现[J].移动通信，2010，6：41-44.

[2]黄凯，毛玉泉，苗强，戚云军.STDMA 数据链系统的动态时隙分配研究[J].航空电子技术，2005，36（3）：25-29.

[责任编辑：汤静]