實(shí)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(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用在無(wú)線移動(dòng)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(dòng)通信發(fā)展的核心。與此同時(shí)，目前無(wú)線多媒體終端處理器相對(duì)臺(tái)式機(jī)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(wèn)題已成為限制移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展的主要障礙。本文在國(guó)家863項(xiàng)目“數(shù)字音視頻編碼、傳輸、測(cè)試與應(yīng)用示范”（No.2002AA119010）和武漢市青年科技晨光計(jì)劃項(xiàng)目“無(wú)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(wú)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(guò)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(jì)，達(dá)到在移動(dòng)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(wú)線信道傳輸后的質(zhì)量盡可能達(dá)到最優(yōu)。論文首先設(shè)計(jì)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(shí)間復(fù)雜度原型。

3、與現(xiàn)有的僅考慮信源編碼功耗開(kāi)銷(xiāo)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(cuò)控制三方面，由信源編解碼子系統(tǒng)、聯(lián)合信道保護(hù)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(jìn)性。隨后，由功率和算法復(fù)雜度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，明確了實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)方法的多樣性。通過(guò)對(duì)各子系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)算

4、法時(shí)間復(fù)雜度相對(duì)系統(tǒng)時(shí)間復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)，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(cuò)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(jiǎn)要分析了信源信道聯(lián)合功率控制的實(shí)現(xiàn)策略和算法復(fù)雜度優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)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(cè)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(shí)，針對(duì)高頻子帶系數(shù)的近隨機(jī)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(jì)的基于ODWT的參考子帶重建和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(cè)和自適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)改進(jìn)，使本CSSVC系統(tǒng)取得了超過(guò)H.264MainProfile全

6、分辨率時(shí)0.04dB的系統(tǒng)性能，主觀質(zhì)量也更優(yōu)，這一性能在國(guó)際處于領(lǐng)先地位。在技術(shù)改進(jìn)的同時(shí)，對(duì)每一技術(shù)改進(jìn)都進(jìn)行了復(fù)雜度的定性分析，研究了針對(duì)不同處理能力的復(fù)雜度伸縮性技術(shù)方案，并通過(guò)理論分析、特征統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試較完整的驗(yàn)證了各項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)的有效性和性能。在聯(lián)合信道保護(hù)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(cuò)控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的信道保護(hù)機(jī)制相比，本系統(tǒng)針對(duì)非理想的反饋信道，提出了一種綜合利用混合自動(dòng)重傳（HybridAutom

7、aticRepeatreQuest，HARQ）I型和III型優(yōu)點(diǎn)的混合獨(dú)立重傳自解碼的HARQ新類(lèi)型，通過(guò)實(shí)際無(wú)線通信環(huán)境的實(shí)驗(yàn)仿真，對(duì)發(fā)送端和接收端自動(dòng)重傳（AutomaticRepeatreQuest，ARQ）協(xié)議的四個(gè)控制參數(shù)：數(shù)據(jù)重傳次數(shù)、數(shù)據(jù)重傳延時(shí)、響應(yīng)重傳次數(shù)和響應(yīng)重傳延時(shí)進(jìn)行優(yōu)化分析，得到一套更適應(yīng)于無(wú)線環(huán)境的HARQ控制參數(shù)。與通用的HARQ機(jī)制相比，優(yōu)化的HARQ機(jī)制具有更低的端到端時(shí)延和更強(qiáng)的穩(wěn)定性。此外，針對(duì)無(wú)線

8、終端的處理能力，詳細(xì)論述了聯(lián)合信道保護(hù)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(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)、參考重建、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、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(jìn)行了分析，采用理論分析和系統(tǒng)實(shí)測(cè)的方法為殘差系數(shù)重排序、幀內(nèi)預(yù)測(cè)和運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償?shù)确矫娴募夹g(shù)改進(jìn)方案進(jìn)行了詳細(xì)的復(fù)雜度定量分析，并明確了如幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式、幀間預(yù)測(cè)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(duì)信源編解碼的復(fù)雜度控制能力，以及不同編解碼方案時(shí)編解碼器復(fù)雜度的自身和相對(duì)變化情況，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析模型的正確性。對(duì)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(duì)編解碼復(fù)雜度的影響；建立混合信道編碼和差錯(cuò)控制的復(fù)雜度模型，修正了聯(lián)合信道保護(hù)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