實現(xiàn)復(fù)雜度控制的信源信道聯(lián)合編碼研究.pdf

1、伴隨著無線移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用在無線移動環(huán)境下的多媒體通信業(yè)務(wù)已經(jīng)成為第三代以及第四代移動通信發(fā)展的核心。與此同時，目前無線多媒體終端處理器相對臺式機或?qū)I(yè)設(shè)備在處理能力上的不足，以及處理器功耗約束性問題已成為限制移動多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展的主要障礙。本文在國家863項目“數(shù)字音視頻編碼、傳輸、測試與應(yīng)用示范”（No.2002AA119010）和武漢市青年科技晨光計劃項目“無線多媒體通信的聯(lián)合功率率失真模型研究”（No.20045006

2、071-18）的共同資助下，研究無線多媒體通信在處理器功耗約束條件下的信源信道聯(lián)合編碼技術(shù)和復(fù)雜度控制模型，目的是通過面向功率控制的信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)的建立、相關(guān)技術(shù)及其復(fù)雜度模型的提出和聯(lián)合功率控制策略的設(shè)計，達到在移動終端處理器功率約束或變化條件下，定量調(diào)節(jié)信源、信道編解碼的復(fù)雜度，使視頻數(shù)據(jù)在終端處理器功率約束下經(jīng)無線信道傳輸后的質(zhì)量盡可能達到最優(yōu)。論文首先設(shè)計了功率可控的信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)并建立了編解碼系統(tǒng)的時間復(fù)雜度原型。

3、與現(xiàn)有的僅考慮信源編碼功耗開銷的終端編碼系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)綜合考慮了在終端算法復(fù)雜度和處理器功耗間存在抑制與平衡關(guān)系的信源編碼、信道編碼和差錯控制三方面，由信源編解碼子系統(tǒng)、聯(lián)合信道保護子系統(tǒng)和復(fù)雜度控制子系統(tǒng)三部分組成，并論證了各編碼子系統(tǒng)基本技術(shù)方案的先進性。隨后，由功率和算法復(fù)雜度的對應(yīng)關(guān)系，明確了實現(xiàn)功率控制的手段是控制算法的復(fù)雜度，定義算法的時間復(fù)雜度作為衡量各系統(tǒng)復(fù)雜度的物理參量以屏蔽實現(xiàn)方法的多樣性。通過對各子系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)算

4、法時間復(fù)雜度相對系統(tǒng)時間復(fù)雜度的統(tǒng)計，初步建立了信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)中信源編解碼、信道編解碼和差錯控制的參數(shù)化復(fù)雜度控制原型，明確了影響算法復(fù)雜度的主要技術(shù)環(huán)節(jié)和控制參量，并簡要分析了信源信道聯(lián)合功率控制的實現(xiàn)策略和算法復(fù)雜度優(yōu)化設(shè)計的方法。在信源編碼子系統(tǒng)的研究中，提出了高性能、復(fù)雜度可控的空域伸縮性視頻編碼系統(tǒng)(ComplexityandSpatialityScalableVideoCoding，CSSVC)，與現(xiàn)有的空域伸縮性編碼

5、實現(xiàn)方式相比，本系統(tǒng)將低頻域壓縮性能優(yōu)越的H.264編碼技術(shù)和高頻域的帶內(nèi)預(yù)測技術(shù)相結(jié)合，具有優(yōu)越的編碼性能和與H.264完全兼容的伸縮性碼流。同時，針對高頻子帶系數(shù)的近隨機分布特征，論證了原型系統(tǒng)主要編碼技術(shù)的選擇及有效性，設(shè)計的基于ODWT的參考子帶重建和運動補償方法以及提出的高頻子帶殘差系數(shù)的優(yōu)化重排序方法、高頻子帶5模式優(yōu)化幀內(nèi)預(yù)測和自適應(yīng)的運動估計與補償?shù)燃夹g(shù)改進，使本CSSVC系統(tǒng)取得了超過H.264MainProfile全

6、分辨率時0.04dB的系統(tǒng)性能，主觀質(zhì)量也更優(yōu)，這一性能在國際處于領(lǐng)先地位。在技術(shù)改進的同時，對每一技術(shù)改進都進行了復(fù)雜度的定性分析，研究了針對不同處理能力的復(fù)雜度伸縮性技術(shù)方案，并通過理論分析、特征統(tǒng)計和實驗測試較完整的驗證了各項技術(shù)改進的有效性和性能。在聯(lián)合信道保護子系統(tǒng)的研究中，構(gòu)建了復(fù)雜度可控的混合信道編碼與差錯控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的信道保護機制相比，本系統(tǒng)針對非理想的反饋信道，提出了一種綜合利用混合自動重傳（HybridAutom

7、aticRepeatreQuest，HARQ）I型和III型優(yōu)點的混合獨立重傳自解碼的HARQ新類型，通過實際無線通信環(huán)境的實驗仿真，對發(fā)送端和接收端自動重傳（AutomaticRepeatreQuest，ARQ）協(xié)議的四個控制參數(shù)：數(shù)據(jù)重傳次數(shù)、數(shù)據(jù)重傳延時、響應(yīng)重傳次數(shù)和響應(yīng)重傳延時進行優(yōu)化分析，得到一套更適應(yīng)于無線環(huán)境的HARQ控制參數(shù)。與通用的HARQ機制相比，優(yōu)化的HARQ機制具有更低的端到端時延和更強的穩(wěn)定性。此外，針對無線

8、終端的處理能力，詳細論述了聯(lián)合信道保護的復(fù)雜度控制策略。論文建立了信源編解碼的參數(shù)化復(fù)雜度模型，對運動估計、參考重建、幀內(nèi)預(yù)測、變換量化和CABAC（Context-AdaptiveBinaryArithmeticCoding）等主要技術(shù)環(huán)節(jié)復(fù)雜度比例關(guān)系進行了分析，采用理論分析和系統(tǒng)實測的方法為殘差系數(shù)重排序、幀內(nèi)預(yù)測和運動估計與補償?shù)确矫娴募夹g(shù)改進方案進行了詳細的復(fù)雜度定量分析，并明確了如幀內(nèi)預(yù)測模式、幀間預(yù)測模式、編碼子帶數(shù)、非零

9、塊所占比例和量化參數(shù)等控制參量對信源編解碼的復(fù)雜度控制能力，以及不同編解碼方案時編解碼器復(fù)雜度的自身和相對變化情況，并通過實驗驗證了理論分析模型的正確性。對所建立RCPT碼的參數(shù)化復(fù)雜度編解碼模型，著重分析了交織、RSC（RecursiveSystematicCode）編解碼和解交織等主要技術(shù)環(huán)節(jié)對編解碼復(fù)雜度的影響；建立混合信道編碼和差錯控制的復(fù)雜度模型，修正了聯(lián)合信道保護的復(fù)雜度原型。綜合討論信源信道聯(lián)合功率控制策略，從信源、信道和