面向互聯(lián)網(wǎng)的若干視頻傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)與視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展，視頻傳輸在互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)中占據(jù)了越來越重要的地位。由于具有數(shù)據(jù)量大、編解碼復(fù)雜、各數(shù)據(jù)單元之間依賴性強等特點，視頻對丟包、時延等QoS(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量)參數(shù)極其敏感。而當前互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模仍在迅速擴大，同時又有數(shù)量日益增多的移動設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，特別是隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，進一步降低了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，使互聯(lián)網(wǎng)中的視頻傳輸面臨著數(shù)據(jù)出錯、失真、中斷等諸多問題。如何保證視頻傳輸?shù)膶崟r性和穩(wěn)定性，提高接

2、收端的視頻質(zhì)量，已成為當前數(shù)據(jù)通信與視頻編解碼技術(shù)中的一個重要研究內(nèi)容。伴隨著以視頻為代表的流媒體業(yè)務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)中的日益普及，相關(guān)技術(shù)的研究不但具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且具有較大的應(yīng)用價值。
　　在收集大量國內(nèi)外相關(guān)研究的文獻資料，并對其進行整理、分析的基礎(chǔ)上，本文對面向互聯(lián)網(wǎng)的若干視頻傳輸關(guān)鍵技術(shù)進行了重點研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)面向信道編碼的糾錯技術(shù)
　　針對視頻數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸時，接收端的視頻質(zhì)量易受網(wǎng)

3、絡(luò)丟包的影響而顯著降低的問題，提出了一種基于丟包率預(yù)測的糾錯方法。該方法首先采用FCM(模糊C均值聚類)對丟包率P進行量化，之后利用Baum-Welch算法對HMM(隱馬爾科夫模型)參數(shù)進行訓(xùn)練，再利用Viterbi算法對HMM進行求解，進而獲得下一時間段的丟包率，最后根據(jù)丟包率的大小自適應(yīng)地選擇FEC(Forward Error Correction)或ARQ(AutoRepeat reQuest)完成糾錯操作。仿真實驗結(jié)果表明，相對

4、于HARQ與LIVA方法，所提出的方法不但降低了丟包率和平均時延，而且減小了視頻失真，提高了接收端視頻的主觀及客觀質(zhì)量。
　　(2)面向可伸縮視頻編碼的糾錯技術(shù)
　　針對可伸縮視頻編碼(SVC)在傳輸過程中存在解碼后質(zhì)量較差的問題，提出了一種基于自適應(yīng)遺傳算法的糾錯方法。該方法首先分析了SVC的網(wǎng)絡(luò)抽象層單元數(shù)據(jù)包頭的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種新的封裝方案。然后根據(jù)SVC各層對解碼重要性的不同，在計算丟包環(huán)境下SVC失真的基礎(chǔ)上，將F

5、EC數(shù)據(jù)在各層的分配視為多約束條件下的優(yōu)化問題，再引入懲罰函數(shù)將之轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題，進而采用自適應(yīng)遺傳算法進行求解，得到了優(yōu)化的FEC數(shù)據(jù)分配方案，實現(xiàn)了SVC平均失真的最小化。仿真實驗結(jié)果表明，相比LW-EZEP及GOP-UEP方法，所提出的方法不但改善了解碼后視頻的客觀質(zhì)量，而且有效地提高了解碼速度。
　　(3)基于擁塞控制的視頻單播傳輸技術(shù)
　　針對現(xiàn)有的單播擁塞控制方法可靠性低、視頻平均失真較大的問題，提出了一種

6、基于半馬爾科夫決策過程的單播擁塞控制方法。該方法首先為克服基于PSNR(峰值信噪比)的視頻質(zhì)量評估策略實時性較低的不足，設(shè)計了一種可在線運行的無參考視頻質(zhì)量評估策略。然后根據(jù)接收端視頻質(zhì)量的反饋，以最小化平均失真為目標，將單播擁塞控制視為具備馬爾科夫性質(zhì)的離散過程，采用半馬爾科夫決策過程對擁塞控制過程建模。并為其設(shè)計了相應(yīng)的求解算法，優(yōu)化了擁塞控制參數(shù)的調(diào)整策略。仿真實驗結(jié)果表明，與現(xiàn)有的MTCC和TCP reno方法相比，所提出的方法

7、不但是TCP友好的，而且有效地提升了接收端視頻的主觀和客觀質(zhì)量。
　　(4)基于擁塞控制的視頻組播傳輸技術(shù)
　　針對現(xiàn)有組播擁塞控制方法的帶寬利用率低、平均時延較高的問題，提出了一種基于SA的多速率組播擁塞控制方法。該方法首先在最大化接收端請求速率的前提下，對多速率組播擁塞控制過程進行了建模，然后采用SA對該模型進行求解，得到了優(yōu)化的接收端請求速率，提高了帶寬利用率。在此基礎(chǔ)上，為降低視頻傳輸時延，設(shè)計了一種接收端的層調(diào)整機

8、制。最后通過在視頻組播系統(tǒng)中設(shè)置代理節(jié)點完成視頻數(shù)據(jù)的錯誤恢復(fù)，以提高視頻組播的可靠性。仿真實驗結(jié)果表明，與TFMCC方法相比，所提出的方法具有良好的公平性與可擴展性，有效地提高了帶寬利用率和組播系統(tǒng)的吞吐量，在接收端也獲得了更高的視頻質(zhì)量。
　　(5)基于碼率控制的視頻傳輸技術(shù)
　　針對現(xiàn)有的碼率控制方法未考慮人眼的視覺感知、精度較低、編碼質(zhì)量波動較大的問題，提出了一種基于視覺感知的碼率控制方法。該方法首先設(shè)計了檢測視頻序

9、列中的場景變化和幀的局部運動性的方法，定義了幀的活動度。在此基礎(chǔ)上，將視覺感知應(yīng)用于像素域的恰可察覺失真模型，根據(jù)各幀的恰可察覺失真的大小完成幀層比特分配，使之更符合人眼視覺感知的特征。然后為更有效地消除視頻幀中的時間與空間冗余，提出了基于結(jié)構(gòu)相似度的率失真模型，設(shè)計了基本單元層的比特分配方案。實驗結(jié)果表明，相對于VPBRC和JVT-W042方法，所提出的方法不僅增強了輸出碼流的穩(wěn)定性，而且顯著提高了碼率控制的精度與視頻質(zhì)量。