的迅速崛起对无处不在的移动宽带无线接入的需求促使开发4 g LTE和WiMAX无线标准。这些技术提供高数据速率和可靠的无线服务用户。重要组成部分的4 g无线流量包括视频和多媒体等丰富的应用程序监视、多媒体流媒体、移动电视、视频会议。一个典型的4 g无线通信场景为上述应用程序如图
1 。4 g蜂窝网络的关键挑战的背景下,视频传输是支持可靠的视频流在飘忽不定的衰落无线频道。这自然消退可能导致无法忍受的抖动和延迟导致了糟糕的用户体验的高度敏感的多媒体应用。无线信道的衰落特性可以成功地减轻使用正交频分复用(OFDM) [
1 ,
2 ),从而确保传输干扰自由传输频率选择无线频道。正交频分多址(OFDMA)是基于OFDM的多址技术,不同的用户或用户组(单播)(多播)分配总额的一小部分副载波在一段时间内。这也被称为时频在OFDMA系统资源分配。
图1
无线通信的场景。
支持视频应用对无线链接需要复杂的多媒体编解码器的发展为不稳定的移动无线环境的适用性。一个独特的挑战在4 g无线视频传输系统是确保质量视频传输的时变衰落无线通道移动用户设备不同的功能和QoS要求。这已导致发展的可伸缩视频编码(SVC)的h / AVC [
3 ,
4 ),可以随时采用单播和多播无线场景的视频传输。可伸缩视频编码可以将视频内容编码和存储最高保真度水平,从哪个部分可以动态地提取流较低的忠诚和适应满足用户的需求和无线连接。比特率和视频编码的视频流的质量取决于帧率、空间分辨率和量化参数(
5 ]。因此,必须明智地选择视频编码参数来最大化最终用户视频质量和经验。此外,这直接影响最终用户的服务质量(QoS)抖动和延迟等方面。可伸缩性的时空模式相比,视频流的量化参数可以应用在更细的规模和对理想的时频资源分配允许更大的灵活性。分配的比特率和视频质量主要取决于内在的视频运动参数。在这种背景下,我们认为最优的框架H.264-coded视频率时频资源分配在4 g无线基站(BS)视频质量最大化。在这种范式,用户请求视频单独或多播组,和服务器分配时间/频率在OFDMA系统资源。
以前的作品,如在
6 考虑基于优先级调度和资源分配和延迟。然而,大多数这些先前的方法并不是专业的背景下视频,不考虑视频传输的可伸缩特性。这导致次优的资源分配和净减少视频质量交付给最终用户。作者在
7 )分配时间/频率资源分层实时视频传输的WiMAX假设固定比特率分配到每一个多播组。每个多播组的工具被认为是凹函数分配的比特率。然而,认为利率依赖通用效用函数不是一个视频质量的精确表示。在我们的工作中,我们考虑真正的感知质量优先的效用函数。因此,我们的框架提供了一个更好的视频终端用户体验,因为它直接优化相关的视频质量。在[
8 ),提出了一种方案的时间资源分配在HSDPA蜂窝网络。该方案在需要用户请求视频质量水平,与视频质量定义为一个函数的数量增强层和累积数据速率。然而,这个框架并不考虑视频质量的依赖和比特率量化质量和帧速率。进一步,它不考虑现实的优化框架相比,这项工作中所描绘的一个上下文中的一个实际的4 g WiMAX系统。因此,有效的资源分配在4 g无线系统的关键在于视频速度和质量特征参数的解释导致最优比特率分配。这需要最优的发展方案时频资源分配和管理。提出最优分配时频资源分配方案计算比特率视频序列的视频质量最大化的物理层。
因此,我们考虑一个框架优化OFDMA时频资源分配根据特征的视频质量和可伸缩的视频比特流的比特率模型量化参数和帧速率的函数。我们计算h . SVC编码流的比特率模型使用JSVM [
9 ]参考编解码器和采用标准视频参数等工作(
5 ,
10 )描述质量对帧率的依赖,量化参数编码的视频。基于这些模型,我们制定最优OFDMA约束凸优化问题时频资源分配。我们采用凸优化的健壮框架(
11 )提供一个封闭的形式表达的计算最优编码视频参数。服务器可以使用这些参数来计算最优资源分配基于用户的需求和可用的带宽。这个结果可用带宽的有效利用最大化传播视频的质量和最终用户的视频体验。我们的研究结果表明,使用该模型优化产量显著提高视频质量比单播和多播的视频不可知论者平等的比特率分配场景在OFDMA系统中。
进一步,在实际4 g系统,恶意用户可以在QoS扭曲资源配置方案实施点(如基站和服务网关在WiMAX)通过谎报参数值,从而导致次优的资源分配和不成比例的恶意用户利益。最优解和最高的视频质量因此获得只有当参数准确地报道了单播和多播用户或服务提供者。
博弈理论(
12 ,
13 )的拍卖提供了一个框架来分配资源在这种扭曲的存在恶意用户。这个随着优化框架可以用来分配比特率视频序列,阻止恶意用户。其应用最近扩展到无线通信领域,特别是在资源优化的背景下(
14 ]。作者在
15 )定义一个效用函数基于传输速率和分组错误概率和目标来实现高质量的体验。在4 g无线视频通信的背景下,游戏理论基础Vickrey-Clarke-Groves(向量)拍卖过程可以用于时频资源分配(TF)。拍卖物品在这个上下文相对应的比特率分配TF资源,和投标人/决策者服务提供者或用户自己。拍卖人QoS政策执行者在4 g无线网络。各决策者之间的这种相互作用是类似于一个战略游戏,和决策者也称为参与者博弈理论的术语。我们假设所有的玩家都是理性和驱动对效用最大化。每个用户报告政策执行者的视频特征参数值计算和效用函数。与传统基于用途的独家视频质量,向量过程采用pricing-based净效用函数,这价格特遣部队按照分配的资源。因此,视频特征参数对优化至关重要的知识流的比特率和质量的视频。
一些研究关于博弈论与恶意用户的使用被认为是在
16 在点对点直播的背景下。研究[
17 维克里)提出了一个方案计算最短路径在一个分散的网络。作者在
18 ]目前向量过程在机制设计上的应用。在本文中,我们主要关注谎报quantizer-based率和质量的参数值。框架可以很容易地扩展为恶意用户谎报其他VCG-based优化参数值。
在仿真结果中,我们专门算法考虑到不同的调制和编码率在4 g WiMAX场景和证明提出的优化方案提供了在视频质量显著改善内容无关的nonscalable等于符号率分配方案为单播和多播场景。我们进一步考虑到参数可能会颠覆一组用户受益。拟议中的向量过程确保用户谎报参数由QoS惩罚执行者通过更高的资源定价,反过来导致恶意用户净效用减少。因此,向量过程自然不鼓励用户的恶意倾向谎报,迫使他们报告准确的参数值对净效用最大化。
剩下的纸是组织如下。部分
2 描述了4 g的底层框架基于wimax h .可伸缩视频传输考虑本文的速率和质量模型的视频。随后,节
3 我们描述了方案最佳视频TF资源分配在一个OFDM帧。部分
4 描述了向量的资源分配方式,以避免谎报恶意用户的参数。节
5 我们提出的仿真结果提出优化单播或多播视频资源分配方案在4 g OFDMA无线系统和现有方案的性能比较。最后,我们总结论文部分
6 。
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2。系统模型和4 g OFDMA WiMAX框架
在OFDMA系统,高数据率输入流分为多种并行数据率低流随后装上正交副载波。每个符号在时域中包含的几个副载波正交。几个这样的副载波被指定为飞行员和卫队副载波在OFDMA系统组成一个开销。飞行员副载波是用来估计时间和频率同步参数,以便抵消错误最小化,而保安副载波避免与邻近OFDM乐队重叠。OFDMA调度器分配时间/频率资源块,由分配OFDM符号/副载波的特点,分别对用户。OFDMA系统的比特率取决于符号的数量在每个OFDM帧,使用的副载波数量在每个符号,调制和信道编码格式。图
2 介绍了粗糙的OFDMA帧WiMAX的示意图。
图2
粗糙的OFDM帧在WiMAX的示意图。
在这种背景下,4 g无线移动WiMAX标准(
19 ],它雇佣了OFDMA的物理层传输的比特旨在提供高数据速率的宽带空气界面下用户加上无缝的数据传输高速流动。WiMAX服务提供服务,如主动赠款(UGS)恒定比特率VOIP应用程序、实时轮询服务(rtp)实时视频传输等应用,为大型数据传输和非实时轮询服务最大的努力服务的web应用程序。调度器出席基站有助于优化分配带宽资源,旨在避免交通堵塞和数据饥饿。因此,DL调度器的关键任务最优带宽分配,选择调制和编码方案和数据爆发根据服务优先级和无线链路质量决定从通道质量指标(CQICH)反馈通道。然后生成包含控制信息的UL / DL地图供用户访问他们的爆发。因此,我们建议的模型旨在优化分配的时频资源UL和DL调度器最大化网络视频质量。
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2.1。可伸缩的视频速度和质量模型
给定的参数模型(
5 )可以方便地用来模拟视频比特率。作为这项工作的证明,我们模型作为一个产品的标准化的帧速率的函数<我nline-formula>
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和量化参数<我nline-formula>
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。我们雇佣JSVM参考编码计算速度参数的量化参数范围<我nline-formula>
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fps。我们使用四个时间层和一层质量JSVM获得这些层的比特率。是指出,量化参数和量化步长(<我nline-formula>
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模型的比特率变化帧率和量化参数的函数,分别。的参数<我nline-formula>
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高与低运动视频内容。这些视频特征参数<我nline-formula>
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获得通过最小化平均平方误差(MSE)获得的测量速度之间使用JSVM编解码器和建模视频序列帧率15 fps和30 fps。帧率低于<我nline-formula>
15米米l:mn>
fps导致明显的工件由于人类视觉系统的持久性。图
3 展示的情节<我nline-formula>
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与量化步长<我nline-formula>
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Akiyo我t一个lic>测试序列。因此,由此产生的关节速度函数<我nline-formula>
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给出的归一化率的功能呢<我nline-formula>
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(2)
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是比特率最高质量的视频序列对应编码帧率<我nline-formula>
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。情节在图
4 表明该费率模型密切观察到的速度。视频编码的低价值的量化参数<我nline-formula>
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1、15米米l:mn>
]米米l:mo>
导致一个指数增加的比特率,因此不适合在带宽受限的无线传输场景。此外,我们限制了量化参数<我nline-formula>
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40米米l:mn>
,因为更高的值导致显著的视频质量退化。
图3
归一化率<我nline-formula>
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,30帧序列Akiyo (CIF)。
图4
情节展示提出了比特率实际比特率<我nline-formula>
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15米米l:mn>
、25和30。
同样,规范化视频质量的功能<我nline-formula>
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(3)
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描述了质量的变化作为帧速率的函数<我nline-formula>
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。这个值在较低的视频运动内容相比更高和更高程度的运动视频。这个函数<我nline-formula>
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5 。的参数<我nline-formula>
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5 ),而参数值<我nline-formula>
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5 为CIF分辨率和线性外推了剩下的不同分辨率的视频中给定的值(
10 ]。生成的视频质量所描述的产品功能:
(4)
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当视频编码质量在哪里<我nline-formula>
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One hundred.米米l:mn>
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。这个函数可以用来处理最大化视频质量。
图5
视频质量<我nline-formula>
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与<我nline-formula>
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视频序列Akiyo (CIF)。