自適應無線視頻傳輸方法研究.pdf

1、盡管無線網(wǎng)絡的發(fā)展非常迅速，但是無線視頻傳輸依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，無線網(wǎng)絡的動態(tài)性和異構(gòu)性，高的錯誤率，傳輸鏈路的不可預測性，高度壓縮的視頻碼流對傳輸錯誤非常敏感的特點，都對無線視頻傳輸質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。過去我們采用分層的網(wǎng)絡協(xié)議，層與層之間采用固定的方式進行通信，不能對有限的頻譜和功率資源進行有效地利用，不能很好地滿足不同業(yè)務對于服務質(zhì)量（QoS）的要求，必須要對傳統(tǒng)的分層網(wǎng)絡協(xié)議進行改革，因此跨層自適應資源調(diào)度成為下一代無線網(wǎng)絡協(xié)

2、議的研究熱點。跨層設計的思想，并不完全否定傳統(tǒng)網(wǎng)絡的分層模式，而是將各層的特性參數(shù)協(xié)調(diào)融合，根據(jù)系統(tǒng)的約束條件和網(wǎng)絡特征來進行整體設計和優(yōu)化，使協(xié)議棧能夠以全局的方式適應特定應用所需的QoS 和網(wǎng)絡狀況的變化，實現(xiàn)資源的有效分配，提高網(wǎng)絡的綜合性能?？鐚釉O計使得同時滿足視頻業(yè)務對于傳輸速率、錯誤率和時延的苛刻要求成為可能，具有非常重要的研究價值。本論文根據(jù)國家自然科學基金重大項目子課題“基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應技術(shù)研究

3、”和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）重大專項課題“新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術(shù)研究（FuTURE/B3G）”的要求，主要研究自適應無線視頻傳輸中的關(guān)鍵問題。 去除了時間和空間冗余的視頻壓縮數(shù)據(jù)對傳輸中的錯誤非常敏感，為了避免錯誤對視頻的影響，在傳輸過程中我們又需要給碼流添加冗余，增加碼流的抗錯性能，這些冗余可以在信源編碼中添加，也可以在信道傳輸中添加，這些冗余在增強碼流可靠性的同時給編碼效率帶來損失。本文首先建立了

4、端到端的視頻傳輸系統(tǒng)模型，對視頻編解碼及傳輸過程中的信源編碼失真、信道傳輸失真、后續(xù)幀失真的預測進行了系統(tǒng)的分析，建立了信源編碼失真和信道傳輸失真與冗余之間的關(guān)系的模型，然后對視頻傳輸?shù)男旁葱诺缆?lián)合編碼方法進行了歸納，提出了跨層自適應聯(lián)合優(yōu)化的目標函數(shù)。 針對平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道下的視頻傳輸，研究了兩種不同類型的跨層聯(lián)合優(yōu)化方法。我們對Nakagami信道下不同自適應傳輸方法及其頻譜效率進行了研究，并對Rayleig

5、h信道下自適應MQAM調(diào)制的性能進行了分析和仿真。在此基礎(chǔ)上，提出一種自底向上的跨層自適應方法，對物理層、鏈路層和應用層進行聯(lián)合優(yōu)化設計，一方面通過下層的自適應傳輸在一個較粗的尺度上進行傳輸速率調(diào)整，適應信道變化，獲得最大的頻譜效率；另一方面通過層與層之間的信息傳遞，在滿足QoS約束條件下，選擇最優(yōu)的參數(shù)組合，取得信源編碼失真和信道傳輸失真之間的平衡，獲得最好的傳輸質(zhì)量。 頻率選擇性衰落信道下的自適應OFDM能夠?qū)㈩l率選擇性衰落

6、信道轉(zhuǎn)化為一組平坦衰落子信道，如果能夠利用不同性能的子信道傳輸不同重要性的視頻數(shù)據(jù)，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)對視頻的不平等保護。我們對頻率選擇性衰落信道下的自適應OFDM方法進行了研究，并對幾種不同的AOFDM自適應算法進行了分析和仿真。然后對分層可伸縮視頻編碼方法進行了研究，并建立了質(zhì)量可伸縮FGS的編碼與傳輸失真模型。在此基礎(chǔ)上，提出一種自頂向下的跨層不平等保護方法，應用層質(zhì)量可伸縮FGS視頻編碼產(chǎn)生具有不同重要性的碼流，在傳輸過程中，通過自

7、頂向下的跨層信息傳遞，將碼流的重要性信息傳遞到鏈路層和物理層，針對碼流的重要性信息和當前信道條件，對重傳策略和子信道的分配進行調(diào)整，使得基本層碼流獲得更好的保護，提高視頻傳輸質(zhì)量。 過去對于視頻傳輸中的錯誤控制方法研究大多集中在如何提高視頻的平均傳輸質(zhì)量上，但是視頻質(zhì)量的波動同樣是關(guān)系到視覺效果的關(guān)鍵問題。我們對信道傳輸失真及誤差蔓延對視頻質(zhì)量的影響進行了系統(tǒng)分析，在此基礎(chǔ)上提出了宏塊重要性測度定義，并提出一種新的根據(jù)宏塊重要性