無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)中視頻FGS編碼與傳輸研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人類對(duì)信息的需求越來(lái)越多，在移動(dòng)中獲得信息成了人們自然而然的要求。以數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)為主，在無(wú)線終端上向用戶提供多種具有不同服務(wù)質(zhì)量和內(nèi)容的服務(wù)，正是未來(lái)無(wú)線通信發(fā)展的方向。視頻是多媒體數(shù)據(jù)的重要組成部分，無(wú)線視頻的編碼與傳輸技術(shù)也因此成為當(dāng)前多媒體通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 在當(dāng)今不同類型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)都趨同于IP網(wǎng)絡(luò)的背景下，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入了無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段。無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)概念的提出，是IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

2、中的一個(gè)重要標(biāo)志，同時(shí)也是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個(gè)里程碑。然而，無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，使得視頻通信面臨著極大挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)，以下幾個(gè)方面的問(wèn)題需要引起重視：第一，無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)中的有線鏈路和無(wú)線鏈路帶寬容量和帶寬變化的不對(duì)稱性；第二，視頻傳輸數(shù)據(jù)差錯(cuò)的多樣性和時(shí)變特性；第三，視頻數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)的約束性；第四，服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障的復(fù)雜性等。 本文的研究以作者所在實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的國(guó)家863重大攻關(guān)課題——“數(shù)字視音頻編碼、傳

3、輸、測(cè)試與應(yīng)用示范系統(tǒng)”和國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目——“未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究”為主要背景，對(duì)無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)中視頻的源端編碼技術(shù)和傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的分析與討論，嘗試為以上針對(duì)無(wú)線IP視頻傳輸提出的問(wèn)題找到合適的解決方案。 從系統(tǒng)的角度出發(fā)，采用聯(lián)合信源——信道編碼技術(shù)進(jìn)行信源和信道間的優(yōu)化碼率配置，以提高視頻傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)性。并且，在信源端采用視頻精細(xì)粒度可伸縮性（FGS）編碼方案，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬容量和帶寬變化；

4、提出了多乘積碼的信道編碼方案以對(duì)抗無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)中的混合差錯(cuò)；采用前向糾錯(cuò)（FEC）來(lái)減小時(shí)延以滿足實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用的要求。 針對(duì)源端的FGS和PFGS編碼技術(shù)存在編碼效率低下的致命弱點(diǎn)，在對(duì)其深入研究和分析的基礎(chǔ)上，提出了比特平面編碼技術(shù)中的殘差系數(shù)符號(hào)新的編碼方案，一定程度上提高了編碼效率；同時(shí)，對(duì)原碼流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，給出了兩種分級(jí)碼流結(jié)構(gòu)：兩級(jí)和三級(jí)碼流結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)提高了碼流的容錯(cuò)性，而且，也是后面多乘積碼中不同打包方案所需

5、要的；還結(jié)合信源率失真理論，引入了FGS增強(qiáng)層的率失真模型并討論幀間碼率分配算法，為后面的聯(lián)合優(yōu)化做了鋪墊。 針對(duì)前面改進(jìn)的碼流結(jié)構(gòu)，提出了兩種傳輸打包方案：變長(zhǎng)打包和等長(zhǎng)打包；針對(duì)無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的混合傳輸差錯(cuò)的特點(diǎn)以及實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)囊螅岢隽丝鐚拥亩喑朔e碼FEC（MPFEC）方案，即在鏈路層采用率兼容穿孔卷積碼（RCPC）實(shí)現(xiàn)包內(nèi)FEC，在傳輸層通過(guò)使用系統(tǒng)里德——索羅蒙碼（RS）實(shí)現(xiàn)包間FEC；并建立了發(fā)送端估計(jì)信道傳輸

6、失真的模型。 基于廣義率失真理論，采用聯(lián)合信源——信道編碼技術(shù)，結(jié)合信源端的FGS技術(shù)和MPFEC傳輸策略，給出了新的FGS增強(qiáng)層和信道碼率優(yōu)化配置算法。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果證明該算法實(shí)際傳輸效果很好。 考慮了基本層（或單層）視頻傳輸?shù)膯?wèn)題，在基本層由于采用了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼技術(shù)，傳輸差錯(cuò)的幀間依賴性致使差錯(cuò)繁殖是不可避免的。對(duì)在目標(biāo)碼率約束條件下，為了減少計(jì)算的復(fù)雜性，信道編碼性能、差錯(cuò)繁殖的衰減性和率失真函數(shù)均被建模，實(shí)驗(yàn)仿