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波纹干扰下视频传输性能评估算法研究李夏媛

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：李夏媛

[导读] 摘要：随着我国的科技在不断的发展，社会在不断的进步，我国的综合国力在不断的加强，在波纹干扰下的传统视频传输性能评估方法缺少对干扰影响的处理步骤，导致评估精准度较低，针对该问题，提出了基于视觉感知的视频传输性能评估算法研究。

        身份证：41080219880924xxxx 河南省焦作市 454000
        摘要：随着我国的科技在不断的发展，社会在不断的进步，我国的综合国力在不断的加强，在波纹干扰下的传统视频传输性能评估方法缺少对干扰影响的处理步骤，导致评估精准度较低，针对该问题，提出了基于视觉感知的视频传输性能评估算法研究。分析视觉感知视频传输过程，获取感知到的视频传输影像，在波纹干扰下，以原始视频影像为基准，对被测试视频影像传输情况进行分析。根据被测试视频影像序列播放模式，设计五分制打分标准，通过双刺激损伤标度评估准则，可获取无波纹干扰下精准传输数据。依据跨段长度规则，推导传输性能评估解析公式，根据信噪比级联方式，可分析解码率，以此为基础完成对视频传输性能的评估。通过性能评估实验结果可知，该算法比传统算法评估精准度最大值要高42%，使视频能够在无干扰环境下稳定传输。
        关键词：波纹干扰；视频传输；性能评估；视觉感知；双刺激损伤；信噪比
        引言
        现代战争中，战术数据链是作战指挥与信息传输的纽带，是连接各作战指挥平台的“神经网络”，关系战争胜负。战术数据链(TacticalDataLink)是一种按照规定的消息格式和通信协议，实时传输格式化数字信息的战术信息系统，通常由信息处理设备、消息标准与传输设备和通信协议三部分组成，主要用于传输战场态势信息和指挥控制信息。战术数据链自20世纪50年代诞生以来，在美国等发达国家的军队得到了迅速应用，对提高武器装备、平台的整体作战效能起到了重要的推动作用。战术数据链对武器装备信息化有着巨大的推动作用，可使不同作战平台之间建立起高效的信息通道，从而获得C4ISＲ系统的整体信息支持。数据链不同与一般的数字通信系统，信息传输具有实时性、信息格式的一致性和通信协议的有效性等主要特点。
        1基于传输性能分析的新型资源动态配置模型
        基于传输性能分析和业务分级的光网资源动态配置模型工作过:节点配置管理系统收到某级别的光路连接请求之后，应用多径路由算法得到多条空闲VWP，取出一条候选VWP计算BER，若满足特定业务级别的传输性能要求，则使用当前候选VWP建立光路连接，否则计算下一候选VWP的传输性能若没有满足要求的VWP则拒绝该连接请求。在高速WDM网络中，色散和传输损耗一般可以进行补偿，而随着传输速率的升高，PMD效应变得相当严重，同时非线性效应和交义器件引入的串绕积累也不能忽略。因此，在上述模型中主要考虑串扰积累、PMD效应及非线性效应对传输性能的影响。
        2基于视觉感知的视频传输性能评估算法研究
        2.1视觉感知视频传输过程分析
        视觉感知是人们认知视频传输过程的基础，也是一个复杂处理过程，其是由大量神经细胞组成的。研究视觉感知视频传输过程，需对人眼视觉生理结构进行分析。人眼光学系统是由眼球、外侧膝状体、视皮层组成的。眼球能够实现光学信号转换，起到球状暗箱作用，由于角膜折射系数较大，需经过虹膜调节眼球进光量；而外侧膝状体对信号起到中转作用，并控制允许通过的信息数目；视皮层主要负责对视频传输过程进行识别与感知，视皮层可分为两个区域，分别是初级视皮层（S1）和纹区外视皮层（S2、S3、S4、S5）。视觉信息经过外侧膝状体中转后到达初级视皮层，具有面积大的优势，其中沿腹侧视觉通路是由初级视皮层（S1）和纹区外视皮层（S2、S3、S4）组成的。

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        2.2数据传输层面的准确性评估
        战术数据链传输的准确性直接体现在传输过程中的误码和丢包，而丢包也是由误码引起的，因此误码是衡量准确性指标的基本依据。教科书中一般将误码率定义为传输过程中错误数据与总传输数据的比值，此定义对于传统的传输信道测试是适用的，因为不存在数据丢失情况，常用的误码测试仪均是此原理。但是对于实际传输指控数据的战术数据链，有传输丢包情况且考评指标仅有误码率这一种准确性指标时，对战术数据链的误码率统计方法就产生了较大的分歧和争议。分歧和争议主要体现在错误数据定义问题。有种理解为沿用传统的传输信道误码率测试统计方法，只统计接收数据中的错误比特数［5］，即用接收到的数据与发送的数据进行比对，统计接收到数据的错误比特数，而不考虑发出的数据未接收到的情况，即丢包数据不进行处理。这种理解在实际测试统计中存在严重问题:一是统计方法有缺陷，无视丢失的数据造成统计的数据不全，数据处理结果无法令人信服;二是影响其它与误码率有关指标的测试评估，如通信距离。在测试战术数据链的最大通信距离时，如果不考虑数据丢失情况，由于无线信号传播的随机性，可能出现发送成百上千包(帧)数据而只接收到一包(帧)正确数据的情况，而此时的误码率为0，对应的通信距离可能远超正常指标，此种情况是没有实际使用意义的，不能正确反映战术数据链的实际传输性能。
        2.3光缆可用性评估
        光缆线路是否可用需要综合上述两个评估指标进行判断：（１）若两个指标都满足，则说明光缆线路可以继续使用。（２）若仅满足其中一个指标，单从光缆线路角度看，此时的光缆线路性能不满足网络建设和设备升级后正常工作的要求，但通过增加放大板、提高发送端光功率等技术手段能够有效增强光缆性能，提高光缆的可用性，使得光缆性能符合网络建设和设备升级后正常工作标准，达到继续使用的要求。（３）若两个指标都不满足且技术手段也无效，则说明光缆线路可用性差，不建议继续使用。
        2.4双刺激损伤标度
        根据上述感知到的视频传输影像，在波纹干扰下，采用双刺激损伤标度，以原始视频影像为基准，对被测试视频影像传输情况作出评估。被测试视频影像序列中，没有失真的影像序列也包含在内，当测试循环播放时，序列是成对出现的，并重复播放。在不同性能评估周期，原始视频图像通常显示在最前方，而播放时间大约为10秒左右；而被评估的视频通常显示在最后方，其传输时间与播放时间一致。虽然传输时间与播放时间一致，但是在评估过程中，需对基准视频影像序列进行评估。由于在不同测试视频影像连续显示评估结果过程中，基准视频影像传输是不分前后顺序的，因此在视频传输连续显示评估结果过程中，无法确定哪一帧是基准视频影像，这就需要对每一个基准视频影像总体传输性能进行评估，并给出评估结果。
        结语
        充分考虑视觉感知方法更能反映评估中的波纹干扰因素，利用合理评价指标对评估进行数量化处理，并将其推广到不同调制格式之中，通过实验结果可知，该算法具有较高评估精准度。主要创新之处在于：1）通过双刺激损伤标度，可获取无波纹干扰下的精准传输数据；2）从跨段长度规则出发，推导传输性能评估解析公式；3）在跨段长度非规则级联方式下，根据解码率分析结果，实现对视频传输性能的评估。由于视频传输性能评估的研究才刚刚起步，由此获取的实验结果对于评估验证来说具有参考性价值。
        参考文献
        [1]余思翰，张晓玲，梁炜.无线多媒体传感器网络并发传输性能建模及实验评估[J].信息与控制，2016，45（3）:328-334.
        [2]傅蕾，李卫，张曦，等.基于传输性能指标预测的光缆可用性评估[J].光通信研究，2016，22（3）:43-45.
        [3]燕洪成，郭坚，张红军.空间延迟/中断容忍网络路由算法性能评估[J].中国空间科学技术，2016，36（4）:38-46.