本發(fā)明涉及電力載波通信技術(shù)，具體涉及一種基于電力線的視頻信號(hào)傳輸方法。

背景技術(shù)：

目前，電使用已經(jīng)遍及千家萬(wàn)戶，但如何實(shí)現(xiàn)家用電的智慧管理，是政府部門和相關(guān)廠商需要考慮的問(wèn)題。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)解決這一問(wèn)題是一個(gè)很好的思路和途徑，不過(guò)目前對(duì)于智慧電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研究還處于初步發(fā)展階段，研究較少。

電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊(powerlinecommunication，plc)是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。近年來(lái)，寬帶電力線載波通信(bplc：broadbandpowerlinecarrier)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，尤其大量應(yīng)用于智能電網(wǎng)抄表系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、智能家居和工業(yè)數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)景。

視頻監(jiān)控在電力設(shè)備監(jiān)控中存在廣泛的應(yīng)用中，當(dāng)前視頻信號(hào)的傳輸主要依靠光纜或其他單獨(dú)的傳輸通道進(jìn)行傳輸，成本較高。現(xiàn)有技術(shù)中尚未見(jiàn)采用電力線進(jìn)行視頻信號(hào)傳輸?shù)膱?bào)道。

電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)具有無(wú)需重復(fù)布線的優(yōu)點(diǎn)，可大大減少視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)籌建費(fèi)用。利用已有的電力線資源進(jìn)行通信，既能滿足通信需求，又可解決布線困難，且基礎(chǔ)建設(shè)投資和日常維護(hù)費(fèi)用低廉，因此電力線載波通信技術(shù)具有很高的經(jīng)濟(jì)性、便捷性和實(shí)用性。但是電力線路設(shè)計(jì)的初衷是為了完成電能配送而非數(shù)據(jù)的傳輸，因而對(duì)于數(shù)據(jù)通信而言，電力線網(wǎng)絡(luò)并不是一種可靠的通信載體，首先，電力線對(duì)通信信號(hào)會(huì)造成強(qiáng)烈的衰減，這種衰減幅度時(shí)變性很強(qiáng)，取決于信號(hào)頻率、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒇?fù)載電器等等。

現(xiàn)有的電力線載波通信系統(tǒng)和裝置中的頻段分為窄帶(30khz-500khz)和寬帶(2mhz-30mhz)通信，電力線載波通信信道受到各種干擾、衰減、反射等多種影響，使得信道的頻率和相位響應(yīng)變得十分復(fù)雜，導(dǎo)致通信成功率隨時(shí)間和線路變化差異性很大。

此外，視頻信號(hào)與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟顒e在于視頻對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，另一方面，用戶對(duì)于視頻傳輸中的一些差錯(cuò)和失真是可以容忍的。這就給模擬編碼傳輸創(chuàng)造了一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景?，F(xiàn)有數(shù)字編碼它存在懸崖效應(yīng)。信源經(jīng)過(guò)熵編碼之后，經(jīng)過(guò)信道傳輸。根據(jù)香農(nóng)的分離編碼理論，對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)通信，這個(gè)性能是可以達(dá)到最優(yōu)的。但這個(gè)最優(yōu)性能是有前提的，一是要對(duì)信道質(zhì)量估計(jì)非常準(zhǔn)確；一旦信源數(shù)字編碼的碼率確定之后，如果信道質(zhì)量發(fā)生變化，信道變得更好，也不能利用信道質(zhì)量變好帶來(lái)的增益，如果信道質(zhì)量變差，差到臨界點(diǎn)，整個(gè)視頻質(zhì)量就會(huì)出現(xiàn)懸崖效應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于電力線的視頻信號(hào)傳輸方法，該方法可以利用電力線傳輸視頻信號(hào)，不需要建立專門的視頻信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控視頻信號(hào)的經(jīng)濟(jì)通信，且能保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院图皶r(shí)性；成本較低；利用數(shù)字編碼獲得最佳的編碼效率，模擬編碼獲得平緩的視頻質(zhì)量變化，充分利用數(shù)字編碼調(diào)制中的功率余量傳輸增強(qiáng)層相關(guān)的信息，在提高功率利用率的同時(shí)增強(qiáng)視頻傳輸?shù)闹亟ㄙ|(zhì)量；可以保證全天候的通信可達(dá)性；且在同樣的帶寬條件下動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)不同信息速率的傳輸，可以最大化利用帶寬，并可以保證通信速率和成功率；減少了cpu的壓力，提高了視頻信號(hào)傳輸?shù)男省?/p>

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于電力線的視頻信號(hào)傳輸方法，該方法能夠利用電力線傳輸視頻信號(hào)。

一種優(yōu)化方案，包括如下步驟：

s1.在多個(gè)電力設(shè)備之間設(shè)置多個(gè)載波數(shù)據(jù)發(fā)送端和并在中控室設(shè)置載波數(shù)據(jù)接收端；

s2.原始視頻信號(hào)經(jīng)基本層數(shù)字編碼和增強(qiáng)層模擬編碼的分層編碼，對(duì)應(yīng)得到數(shù)字信道編碼信號(hào)和模擬編碼信號(hào)，將數(shù)字信道編碼信號(hào)和模擬編碼信號(hào)打包得到待發(fā)送數(shù)據(jù)包；

s3.獲取待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并動(dòng)態(tài)確定目標(biāo)信息速率；

s4.根據(jù)預(yù)設(shè)的幀結(jié)構(gòu)確定信息幀，所述信息幀包括信息幀頭和所述信息數(shù)據(jù)，所述信息幀頭包括所述目標(biāo)信息速率，所述信息數(shù)據(jù)包括所述數(shù)據(jù)包；

s5.將所述信息幀發(fā)送至中控室接收端，完成視頻信號(hào)的傳輸。

進(jìn)一步地，其中在s2中，基本層數(shù)模編碼過(guò)程為：原始視頻信號(hào)經(jīng)基于最優(yōu)量化參數(shù)的數(shù)字信源編碼器得到數(shù)字比特流，數(shù)字比特流經(jīng)數(shù)字信道編碼器得到數(shù)字信道編碼信號(hào)，增強(qiáng)層模擬編碼過(guò)程為：數(shù)字比特流經(jīng)視頻解碼器得到重建的數(shù)字編碼視頻，原始視頻信號(hào)與重建的數(shù)字編碼視頻求差得到殘差信號(hào)，殘差信號(hào)經(jīng)模擬編碼器得到模擬編碼信號(hào)。

進(jìn)一步地，在所述s3中，包括：按照預(yù)設(shè)的臨時(shí)信息速率向接收端發(fā)送信道探測(cè)幀，指示所述接收端確定接收所述信道探測(cè)幀的第一信噪比，所述信道探測(cè)幀包括發(fā)送功率；獲取接收端以所述臨時(shí)信息速率發(fā)送的應(yīng)答幀，所述應(yīng)答幀包括所述第一信噪比；確定接收所述應(yīng)答幀的第二信噪比；在所述第一信噪比和所述第二信噪比均不小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將所述臨時(shí)信息速率作為所述目標(biāo)信息速率。

進(jìn)一步地，在所述按照預(yù)設(shè)的臨時(shí)信息速率向接收端發(fā)送信道探測(cè)幀之后，還包括：當(dāng)在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)未接收到接收端發(fā)送的應(yīng)答幀時(shí)，重復(fù)執(zhí)行更新所述臨時(shí)信息速率，直至接收到接收端發(fā)送的應(yīng)答幀；更新所述臨時(shí)信息速率包括：降低所述臨時(shí)信息速率，并將降低后的臨時(shí)信息速率作為新的臨時(shí)信息速率。

進(jìn)一步地，在所述步驟s5中，所述視頻信號(hào)傳輸過(guò)程中，還建立了殘差信號(hào)分塊后的子塊的塊方差與量化參數(shù)之間的線性函數(shù)關(guān)系。

進(jìn)一步地，所述殘差信號(hào)分塊后的子塊的塊方差與量化參數(shù)之間的線性函數(shù)關(guān)系，對(duì)應(yīng)的建立過(guò)程為：

s51.在設(shè)定的量化參數(shù)取值范圍內(nèi)，選取最高值qpmin和最低值qpmax；

s52.將原始視頻信號(hào)劃分為多個(gè)畫面組gop，由每個(gè)gop分別得到與qpmin和qpmax對(duì)應(yīng)的殘差信號(hào)數(shù)據(jù)；

s53對(duì)步驟s52.獲得的兩組的殘差信號(hào)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行三維dct變換，將三維dct變換得到的dct系數(shù)進(jìn)行分塊，獲取分塊后每個(gè)子塊的塊方差，用λi表示第i個(gè)子塊的塊方差；

s54.用線性函數(shù)lnλi＝ki·qp+wi表示lnλi隨qp變化的曲線，可得：

式中，和表示在qpmin和qpmax下第i個(gè)子塊的塊方差，ki和wi為第i個(gè)子塊對(duì)應(yīng)的曲線參數(shù)；

s55.對(duì)于一個(gè)gop中的每個(gè)子塊，都對(duì)應(yīng)得到一組ki和wi，則對(duì)于任意給出的一個(gè)量化參數(shù)qp的數(shù)值，可得在量化參數(shù)qp下第i個(gè)子塊的塊方差λi_qp為：

λi_qp＝exp(ki·qp+wi)。

進(jìn)一步地，在所述步驟s5中，還包括視頻信號(hào)重建的過(guò)程。

進(jìn)一步地，所述視頻信號(hào)重建的過(guò)程為：

接收端接到的所述信息幀經(jīng)數(shù)字信道解碼器得到重建的數(shù)字信道編碼信號(hào)，由重建的數(shù)字信道編碼信號(hào)得到重建的數(shù)字比特流，重建的數(shù)字比特流經(jīng)數(shù)字信源解碼器得到重建的數(shù)字編碼視頻；

接收端接到到的所述信息幀與重建的數(shù)字信道編碼信號(hào)求差得到帶躁的模擬編碼信號(hào)，帶躁的模擬編碼信號(hào)經(jīng)模擬解碼器得到重建的殘差信號(hào)；

重建的數(shù)字編碼視頻與重建的殘差信號(hào)相疊加，獲得重建的原始視頻信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字信道解碼器通過(guò)如下方法重建數(shù)字信道編碼信號(hào)：

通過(guò)數(shù)字信道管理函數(shù)創(chuàng)建一包含文件標(biāo)識(shí)符的ion共享內(nèi)存；

根據(jù)所述文件標(biāo)識(shí)符構(gòu)建私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象并根據(jù)所述私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象以及所述ion共享內(nèi)存創(chuàng)建接收端窗口緩存器。

在接收端接收到所述信息幀時(shí)，將所述信息幀中的所述數(shù)據(jù)包填充至所述接收端窗口緩存器中；

將被所述數(shù)據(jù)包填充的所述接收端窗口緩存器對(duì)應(yīng)的所述私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象傳遞至一視頻庫(kù)中；

所述視頻庫(kù)根據(jù)接收到的所述接收端窗口緩存器對(duì)應(yīng)的私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象訪問(wèn)所述接收端窗口緩存器中的所述數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行解碼。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

（1）利用數(shù)字編碼獲得最佳的編碼效率，模擬編碼獲得平緩的視頻質(zhì)量變化。通過(guò)混合數(shù)模編碼方法，可以有效地結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，充分利用數(shù)字編碼調(diào)制中的功率余量傳輸增強(qiáng)層相關(guān)的信息，在提高功率利用率的同時(shí)增強(qiáng)視頻傳輸?shù)闹亟ㄙ|(zhì)量；

（2）根據(jù)信道狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整目標(biāo)信息速率，可以保證全天候的通信可達(dá)性；且在同樣的帶寬條件下動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)不同信息速率的傳輸，可以最大化利用帶寬，并可以保證通信速率和成功率；

（3）視頻數(shù)據(jù)解碼過(guò)程中，通過(guò)創(chuàng)建ion共享內(nèi)存并利用私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象直接訪問(wèn)接收端窗口緩存器中的視頻解碼數(shù)據(jù)，減少了cpu的壓力，提高了視頻信號(hào)傳輸?shù)男省?/p>

附圖說(shuō)明

圖1示出了本發(fā)明的一種基于電力線的視頻信號(hào)傳輸方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例1一種基于電力線的視頻信號(hào)傳輸方法

本發(fā)明提供一種基于電力線的視頻信號(hào)傳輸方法，該方法具體包括如下步驟：

s1.在多個(gè)電力設(shè)備之間設(shè)置多個(gè)載波數(shù)據(jù)發(fā)送端和并在中控室設(shè)置載波數(shù)據(jù)接收端；

s2.原始視頻信號(hào)經(jīng)基本層數(shù)字編碼和增強(qiáng)層模擬編碼的分層編碼，對(duì)應(yīng)得到數(shù)字信道編碼信號(hào)和模擬編碼信號(hào)，將數(shù)字信道編碼信號(hào)和模擬編碼信號(hào)打包得到待發(fā)送數(shù)據(jù)包。本發(fā)明利用數(shù)字編碼獲得最佳的編碼效率，模擬編碼獲得平緩的視頻質(zhì)量變化。通過(guò)混合數(shù)模編碼方法，可以有效地結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，充分利用數(shù)字編碼調(diào)制中的功率余量傳輸增強(qiáng)層相關(guān)的信息，在提高功率利用率的同時(shí)增強(qiáng)視頻傳輸?shù)闹亟ㄙ|(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量可伸縮性和編碼效率的有效權(quán)衡。

s3.獲取待發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并動(dòng)態(tài)確定目標(biāo)信息速率。

s4.根據(jù)預(yù)設(shè)的幀結(jié)構(gòu)確定信息幀，所述信息幀包括信息幀頭和所述信息數(shù)據(jù)，所述信息幀頭包括所述目標(biāo)信息速率，所述信息數(shù)據(jù)包括所述數(shù)據(jù)包。

s5.將所述信息幀發(fā)送至中控室接收端，完成視頻信號(hào)的傳輸。其中，所述信息幀的發(fā)送速率參照所述目標(biāo)信息速率。接收端無(wú)需事先協(xié)商即可正確解調(diào)和接收，無(wú)需增加復(fù)雜的解調(diào)算法。同時(shí)，根據(jù)信道狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整目標(biāo)信息速率，可以保證全天候的通信可達(dá)性；且在同樣的帶寬條件下動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)不同信息速率的傳輸，可以最大化利用帶寬，并可以保證通信速率和成功率。

其中在s2中，基本層數(shù)模編碼過(guò)程為：原始視頻信號(hào)經(jīng)基于最優(yōu)量化參數(shù)的數(shù)字信源編碼器得到數(shù)字比特流，數(shù)字比特流經(jīng)數(shù)字信道編碼器得到數(shù)字信道編碼信號(hào)，增強(qiáng)層模擬編碼過(guò)程為：數(shù)字比特流經(jīng)視頻解碼器得到重建的數(shù)字編碼視頻，原始視頻信號(hào)與重建的數(shù)字編碼視頻求差得到殘差信號(hào)，殘差信號(hào)經(jīng)模擬編碼器得到模擬編碼信號(hào)。

優(yōu)選的，在所述s3中，包括：按照預(yù)設(shè)的臨時(shí)信息速率向接收端發(fā)送信道探測(cè)幀，指示所述接收端確定接收所述信道探測(cè)幀的第一信噪比，所述信道探測(cè)幀包括發(fā)送功率；獲取接收端以所述臨時(shí)信息速率發(fā)送的應(yīng)答幀，所述應(yīng)答幀包括所述第一信噪比；確定接收所述應(yīng)答幀的第二信噪比；在所述第一信噪比和所述第二信噪比均不小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，將所述臨時(shí)信息速率作為所述目標(biāo)信息速率。

優(yōu)選的，在所述按照預(yù)設(shè)的臨時(shí)信息速率向接收端發(fā)送信道探測(cè)幀之后，還包括：當(dāng)在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)未接收到接收端發(fā)送的應(yīng)答幀時(shí)，重復(fù)執(zhí)行更新所述臨時(shí)信息速率，直至接收到接收端發(fā)送的應(yīng)答幀；所述更新所述臨時(shí)信息速率包括：降低所述臨時(shí)信息速率，并將降低后的臨時(shí)信息速率作為新的臨時(shí)信息速率。

優(yōu)選的，在所述步驟s5中，所述視頻信號(hào)傳輸過(guò)程中，還建立了殘差信號(hào)分塊后的子塊的塊方差與量化參數(shù)之間的線性函數(shù)關(guān)系，對(duì)應(yīng)的建立過(guò)程為：

s51.在設(shè)定的量化參數(shù)取值范圍內(nèi)，選取最高值qpmin和最低值qpmax；

s52.將原始視頻信號(hào)劃分為多個(gè)畫面組gop，由每個(gè)gop分別得到與qpmin和qpmax對(duì)應(yīng)的殘差信號(hào)數(shù)據(jù)；

s53對(duì)步驟s52獲得的兩組的殘差信號(hào)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行三維dct變換，將三維dct變換得到的dct系數(shù)進(jìn)行分塊，獲取分塊后每個(gè)子塊的塊方差，用λi表示第i個(gè)子塊的塊方差；

s54.用線性函數(shù)lnλi＝ki·qp+wi表示lnλi隨qp變化的曲線，可得：

式中，和表示在qpmin和qpmax下第i個(gè)子塊的塊方差，ki和wi為第i個(gè)子塊對(duì)應(yīng)的曲線參數(shù)；

s55.對(duì)于一個(gè)gop中的每個(gè)子塊，都對(duì)應(yīng)得到一組ki和wi，則對(duì)于任意給出的一個(gè)量化參數(shù)qp的數(shù)值，可得在量化參數(shù)qp下第i個(gè)子塊的塊方差λi_qp為：

λi_qp＝exp(ki·qp+wi)。

優(yōu)選的，在所述步驟s5中，還包括視頻信號(hào)重建的過(guò)程：

接收端接到到的所述信息幀經(jīng)數(shù)字信道解碼器得到重建的數(shù)字信道編碼信號(hào)，由重建的數(shù)字信道編碼信號(hào)得到重建的數(shù)字比特流，重建的數(shù)字比特流經(jīng)數(shù)字信源解碼器得到重建的數(shù)字編碼視頻。

接收端接到到的所述信息幀與重建的數(shù)字信道編碼信號(hào)求差得到帶躁的模擬編碼信號(hào)，帶躁的模擬編碼信號(hào)經(jīng)模擬解碼器得到重建的殘差信號(hào)。具體的，將帶噪的模擬編碼信號(hào)采用llse做模擬解碼獲得重建的殘差信號(hào)(llse是解碼器的重要組成部分，llse采用一種叫做最小線性平方估計(jì)的算法對(duì)從phy物理層接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行反白化，反能量分配過(guò)程)。

重建的數(shù)字編碼視頻與重建的殘差信號(hào)相疊加，獲得重建的原始視頻信號(hào)。

優(yōu)選的，所述數(shù)字信道解碼器通過(guò)如下方法重建數(shù)字信道編碼信號(hào)：

通過(guò)數(shù)字信道管理函數(shù)創(chuàng)建一包含文件標(biāo)識(shí)符的ion共享內(nèi)存；

根據(jù)所述文件標(biāo)識(shí)符構(gòu)建私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象并根據(jù)所述私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象以及所述ion共享內(nèi)存創(chuàng)建接收端窗口緩存器。

在接收端接收到所述信息幀時(shí)，將所述信息幀中的所述數(shù)據(jù)包填充至所述接收端窗口緩存器中；

將被所述數(shù)據(jù)包填充的所述接收端窗口緩存器對(duì)應(yīng)的所述私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象傳遞至一視頻庫(kù)中；

所述視頻庫(kù)根據(jù)接收到的所述接收端窗口緩存器對(duì)應(yīng)的私有句柄結(jié)構(gòu)對(duì)象訪問(wèn)所述接收端窗口緩存器中的所述數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行解碼。

優(yōu)選的，所述私有句柄定義為：

在數(shù)據(jù)i/o中，如果要從數(shù)據(jù)包中讀取數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序首先要調(diào)用操作系統(tǒng)函數(shù)并傳送文件名，并選擇一個(gè)到該文件的路徑來(lái)打開文件；上述操作系統(tǒng)函數(shù)取回一個(gè)順序號(hào)，即私有句柄(filehandle)，該私有句柄對(duì)于打開的文件是唯一的識(shí)別依據(jù)；要從數(shù)據(jù)包中讀取一塊數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序需要調(diào)用函數(shù)readfile，并將私有句柄在內(nèi)存中的地址和要拷貝的字節(jié)數(shù)傳送給操作系統(tǒng)；buffer(緩沖寄存器，也可以稱為緩沖器)可以使高速工作的cpu與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。