無線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)展和社會的進步，人類對信息的需求越來越多，在移動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)，正是未來無線通信發(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。 在當(dāng)今不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)都趨同于IP網(wǎng)絡(luò)的背景下，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)已進入了無線IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段。無線IP網(wǎng)絡(luò)概念的提出，是IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

2、中的一個重要標志，同時也是無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個里程碑。然而，無線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)對這種挑戰(zhàn)，以下幾個方面的問題需要引起重視：第一，無線IP網(wǎng)絡(luò)中的有線鏈路和無線鏈路帶寬容量和帶寬變化的不對稱性；第二，視頻傳輸數(shù)據(jù)差錯的多樣性和時變特性；第三，視頻數(shù)據(jù)傳輸時延和時延抖動的約束性；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驗室承擔(dān)的國家863重大攻關(guān)課題——“數(shù)字視音頻編碼、傳

3、輸、測試與應(yīng)用示范系統(tǒng)”和國家自然科學(xué)基金重大項目——“未來移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究”為主要背景，對無線IP網(wǎng)絡(luò)中視頻的源端編碼技術(shù)和傳輸系統(tǒng)進行了較深入的分析與討論，嘗試為以上針對無線IP視頻傳輸提出的問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抗無線IP網(wǎng)絡(luò)中的混合差錯；采用前向糾錯（FEC）來減小時延以滿足實時視頻應(yīng)用的要求。 針對源端的FGS和PFGS編碼技術(shù)存在編碼效率低下的致命弱點，在對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)符號新的編碼方案，一定程度上提高了編碼效率；同時，對原碼流結(jié)構(gòu)進行了改進，給出了兩種分級碼流結(jié)構(gòu)：兩級和三級碼流結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)提高了碼流的容錯性，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。 針對前面改進的碼流結(jié)構(gòu)，提出了兩種傳輸打包方案：變長打包和等長打包；針對無線IP網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的混合傳輸差錯的特點以及實時視頻傳輸?shù)囊?，提出了跨層的多乘積碼FEC（MPFEC）方案，即在鏈路層采用率兼容穿孔卷積碼（RCPC）實現(xiàn)包內(nèi)FEC，在傳輸層通過使用系統(tǒng)里德——索羅蒙碼（RS）實現(xiàn)包間FEC；并建立了發(fā)送端估計信道傳輸

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增強層和信道碼率優(yōu)化配置算法。實驗仿真結(jié)果證明該算法實際傳輸效果很好。 考慮了基本層（或單層）視頻傳輸?shù)膯栴}，在基本層由于采用了運動補償預(yù)測編碼技術(shù)，傳輸差錯的幀間依賴性致使差錯繁殖是不可避免的。對在目標碼率約束條件下，為了減少計算的復(fù)雜性，信道編碼性能、差錯繁殖的衰減性和率失真函數(shù)均被建模，實驗仿