0 引言
    近年來，隨著高速寬帶無線技術的發(fā)展與應用，無線視頻通信正成為人們廣泛關注的領域。如何顯著提高無線通信系統中的頻譜效率，以滿足日益增長的通信容量的需求，成了世界范圍內廣泛關注和急需解決的問題。多輸入多輸出(MIMO)技術通過增加發(fā)射端和接收端的天線數量，可以有效緩和上述矛盾，該系統在發(fā)送端和接收端同時采用多元天線陣列以獲得空間復用和分集增益，空時碼(STC)則充分挖掘MIMO系統容量，是改善整個系統誤碼性能的有效手段。另一方面，H．264／AVC作為新一代視頻壓縮編碼標準視頻，由于其高的編碼效率和良好的網
絡親和性，受到了國內外學者的廣泛重視。因世MIMO技術與H．264／AVC的結合將大大提高無線視頻通信的可靠性。

1 H．264的碼流分割
    H．264的碼流采用網絡抽象層(NAL單元)封裝，每個NAL單元具有特定的數據類型，它包含一個字節(jié)的NAL單元頭和一個原始字節(jié)序列載荷，其中由 NAL單元頭信息中的NRI的指來指示當前NAL單元的重要性，其值越高表示該NAL單元越重要，在H．264NAL層語義中，用nal_ref_ idc來指示當前NAL的優(yōu)先級。
    基于這種思想，針對AnnexB數據格式下的H．264碼流，序列中的I幀或IDR幀(立即刷新幀)、SPS(序列參數集)，PPS(圖像參數集)這類數據，其nal_ref_ide值為3，表示其所在NAL單元重要性級別很高，該類數據一旦丟失會對視頻重建造成致命影響，因為I幀為幀內編碼模式，它用作 P幀的參考幀，因此只有保證它的準確傳輸才能確保圖像的完整解碼，SPS和PPS為解碼必須參數，它的丟失勢必對圖像造成致命影響。基于以上考慮，本文的碼流分割方式為：對視頻圖像的重建起到重要作用的I幀(或IDR幀)、SPS，PPS的數據作為一類數據，對該類數據采用較高級別保護；余下為二類數據，采用低級別保護，并在此基礎上設計出不等差錯保護方案以提高重建圖像的質量。

2 空時塊編碼(STBC)
    空時碼是為了實現MIMO系統信道容量而提出的一種高可靠性信道編碼。它根據信道特性，有效地綜合了發(fā)送分集、接收分集、糾錯編碼和調制等技術，能夠以較低的發(fā)送功率實現較高頻譜效率的通信，可以達到逼近MIMO信道容量的性能。與不采用空時編碼的系統相比，在相同頻譜資源條件下，空時碼可以獲得更優(yōu)的抗誤碼性能。
    空時編碼系統不僅提供了全分集增益，也提供了編碼增益，且具有線性的檢測復雜度。為簡便起見，且不失一般性，本文采用一個2發(fā)1收的STBC系統，該系統也是目前最為經典的一種空時碼，它不僅提供了全分集增益，也提供了編碼增益，且具有線性的檢測復雜度。此方案也是目前最為經典的一種空時碼，其編碼結構為
  
    接收天線上連續(xù)兩個時隙對應的接收信號可表示為
  
    式中，h1和h2分別為兩根發(fā)射天線到接收天線的信道衰落系數，w1和w2為加在接收天線上的復高斯白噪聲，均值為0，方差為N0?？赏ㄟ^最大似然譯碼準則完成檢測。
3 基于功率分配的H．264空時編碼方案
3．1 功率分配策略
    假設系統的總發(fā)射功率為P，有n根發(fā)射天線，并且每根天線上的發(fā)射功率為P0，因此有
  
    為了實現不等差錯保護，針對2發(fā)1收STBC系統，假設天線1傳輸高優(yōu)先級碼流，對它分配較大的發(fā)射功率，設分配系數為k1，(k1>1)；天線2 傳輸低優(yōu)先級碼流，對其分配較小的發(fā)射功率，設分配系數為k2，(k2<1)，為了保證系統的總發(fā)射功率P不變，則分配的系數k1，k2應當滿足以下關系式
  
    式中，n1，n2為每個時隙兩根天線上傳送的符號個數，在空時傳輸中有n1=n2；因此
  
    式(6)即為空時系統中兩根發(fā)射天線的功率分配關系式。
3．2 基于功率分配的H．264空時編碼方案的算法實現
    假設兩根發(fā)射天線上傳輸的碼字矩陣如式(6)所示，首先將待傳輸符號s1、s2分別乘上功率分配系數(k1或k2)，然后送入空時分組編碼器進行正交空時編碼，最后經發(fā)射天線傳輸出去，由空時系統一般傳輸模型(Y=HS+W)可得，接收信號可以表示為
  


4 仿真結果及分析
    為了驗證提出方案的優(yōu)越性，采用空時編碼系統與H.264編碼器的級聯模型，并與傳統的2發(fā)1收STBC正交空時系統做比較，所有的調制符號均選自BPSK星座。信道為準靜態(tài)瑞利衰落信道，噪聲為加性復高斯自噪聲。測試中，天線1傳送高優(yōu)先級碼流，天線2傳送低優(yōu)先級碼流。本文用 Eb／No的大小表示傳輸系統的信噪比(通常Eb／No表示一個比特的信號平均能量與噪聲的平均功率譜密度之比)。測試序列為“Fo-reman”序列，圖像格式為QCIF，編碼模式為IPPP，幀率30f／s；用X264編碼器生成H．264源文件。利用重建圖像的平均PSNR值作為衡量圖像質量的指標。
4．1 誤碼性能曲線比較
    圖1給出了k1=1．3時，提出的基于功率分配的STBC系統的誤碼性能與傳統2發(fā)1收STBC正交空時系統的誤碼性能對比。由圖可知提出方案中天線1的性能優(yōu)于傳統STBC系統，而天線2的抗誤碼性能略低于傳統STBC系統。由于天線1傳送的是高優(yōu)先級碼流，其抗誤碼性能的提高勢必會提高重建圖像質量。因此提出的方案可以在不提高系統總發(fā)射功率前提下，提升高優(yōu)先級碼流的抗誤碼性能，顯然，這一結果與理論推理一致，從而驗證了改進方案的合理性及優(yōu)越性。


4．2 重建圖像主觀效果對比
    圖2從主觀視覺效果上給出兩種方案的比較。當Eb／No=18dB時，兩種方案下第十六幀重建圖像如圖2所示：圖2(a)為原始圖像，圖 2(b)為改進方案下的重建圖像，圖2(c)為傳統(2，1)STBC方案下的重建圖像，通過對比可知本方案的重建圖像質量比傳統(2，1)STBC方案好。



5 結束語
    為了解決傳統無線視頻傳輸中重建圖像質量低的問題，本文提出了一種基于功率分配的H．264空時編碼方案，此方案將H．264碼流按重要性不同分為兩部分，在保持總發(fā)射功率恒定韻情況下，在兩根天線上動態(tài)分配發(fā)射功率以提升高優(yōu)先級碼流的誤碼性能，進而提高重建圖像質量。仿真結果表明，與傳統STBC系統相比，提出的方案獲得了較好的重建圖像質量。