无线视频传输关键技术研究

论文摘要

随着多媒体处理技术和通信技术的发展,人们的通信方式和内容也在发生着巨大的变化。特别是近年来随着第三代和后三代移动通信系统的逐步建立,无线网络上传输以视频信息为主的多媒体数据成为通信领域和多媒体领域共同关注的一个焦点。本文针对无线网络（主要指移动通信网络）视频传输中存在的主要矛盾,对其中几个关键性问题开展研究,并在如下几个方面取得了一些研究成果:1、基于视频原始序列统计特征的码率控制技术:视频数据量大但无线信道带宽低,为了在低带宽条件下获得更好的端对端视频传输性能,优化的低比特率码率控制技术必不可少。为此,我们对现存的码率控制技术进行了深入的分析,发现已有的技术都是假定视频码流的时间抖动可用一个确定参数的随机过程来模拟,进而采用前向预测的方法来预测当前帧/编码单元的码率控制参数。由于视频序列内容（如物体运动等）的非平稳随机性,这样的假设并不能很好刻画其码率的抖动。特别是在无线传输环境下,视频传输码率较低,码流中占主要比例的是运动特征数据。现存的码率控制技术的前向预测机制无法有效跟踪视频序列中物体运动的变化。为此,我们提出利用原始图像统计特征作为参变量来分配码率的机制。在此基础上,进一步提出基于基本单元编码复杂度预测的量化参数调节算法,从而避免了解析模型在低比特率应用下调节性能不高但计算复杂度较高（需要实时更新模型中的参变量）这一缺陷。此外,对于码流中的帧内编码帧,我们还提出了新的满足率失真优化的码率分配方案,该方案有效提高了带宽受限条件下的码率控制率失真性能。2、基于带宽-失真代价的优化容错传输机制:这一研究中,首先提出了带宽-失真代价函数的概念来评价无线视频传输系统,在此基础上进一步给出基于带宽-失真代价最小化准则的部分重传错误控制机制。目前无线传输中一个很重要的局限仍然是带宽资源有限,这种局限性在海量视频数据传输中体现的尤为明显。如果存在反向信道（如无线流媒体应用）,在满足延迟要求的情况下,接收端出现错误后可以通过反向信道发送重传请求来修正出错的数据。当前主流的复合ARQ错误控制机制（前向纠错编码和ARQ结合）都是在前向纠错失败后,采用ARQ来重传出错数据的前向纠错码或出错数据本身。当超出延迟限制后如果仍然不能校正出错的数据,则会将错误数据丢弃。这样在接收端应用层就必须利用视频序列的时空相关特点来进行错误隐藏恢复。事实上,由于视频序列存在较强的时空相关性,对某些相关性较强的部分,可以通过采用一定的错误恢复机制很好地加以恢复。如果这些部分在出错后首先采用重传机制来纠正错误,显然存在带宽资源的浪费。我们针对这一弊病,对无线信道上的视频传输提出了基于带宽-失真代价最小化的部分重传错误控制机制,在保证终端接收质量的前提下,有效地避免了由于重传而带来的带宽资源浪费。

论文目录

• 摘要
• 图目录
• 表目录
• 第一章 引言
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 无线视频压缩和传输中面临的挑战及研究的意义
• 1.2.1 面临的挑战
• 1.2.2 研究的意义
• 1.3 本文的研究内容和所做的主要工作
• 1.3.1 研究的内容
• 1.3.2 主要工作
• 1.4 论文大纲
• 第二章 无线视频传输技术综述
• 2.1 视频编码技术
• 2.1.1 视频编码标准
• 2.1.2 适用于无线环境的视频编码技术
• 2.2 无线通信技术
• 2.2.1 无线信道模型及调制技术
• 2.2.2 信道编码技术
• 2.3 无线视频传输中的容错技术
• 2.3.1 视频编码中的容错技术
• 2.3.2 解码端容错技术
• 2.3.3 信源信道联合编码（Joint Source-Channel Coding: JSCC）
• 2.3.4 传输控制中的容错技术
• 2.4 视频传输相关的通信协议
• 2.5 小结
• 第三章 面向低比特率应用的码率控制技术研究
• 3.1 码率控制研究现状分析
• 3.1.1 码率控制技术
• 3.1.2 在低比特应用中的不足分析
• 3.2 率失真优化的I帧码率分配算法
• 3.2.1 R-D优化意义下的码率比参数模型
• 3.2.2 改进的I针码率-量化参数（R-Q）模型
• 3.2.3 率失真优化的I帧量化参数估计算法
• 3.2.4 实验结果
• 3.3 基于视频原始统计特征的码率预分配机制
• 3.3.1 基于运动检测的自适应码率分配
• 3.3.2 实验结果
• 3.4 面向低比特应用的码率控制算法
• 3.4.1 基于编码复杂度预测的量化参数估计
• 3.4.2 面向低比特率应用的码率控制方案
• 3.4.3 实验结果及分析
• 3.5 小结
• 第四章 优化的端对端无线视频传输机制
• 4.1 无线视频传输控制机制研究现状分析
• 4.1.1 ARQ相关的传输控制技术
• 4.1.2 ARQ机制的不足和改进方案
• 4.2 有损信道视频传输中的带宽-失真（Bandwidth-Distortion: B-D）关系
• 4.2.1 B-D Cost定义以及B-D理论模型
• 4.2.2 基于最小B-D Cost的错误恢复模式选择
• 4.3 基于最小B-D代价的传输控制机制
• 4.3.1 后处理恢复算法方案设计
• 4.3.2 错误恢复模式矩阵的编码方案
• 4.3.3 部分反馈重发机制设计
• 4.4 性能测试分析
• 4.4.1 不同丢包Pattern情况下本章算法B-D性能与尽力而为ARQ机制对比
• 4.4.2 不同错误恢复算法对本章所提算法性能的影响
• 4.4.3 不同丢包率情形下本章算法和尽力而为ARQ性能对比
• 4.4.4 不同测试序列之间本章算法和尽力而为ARQ性能对比
• 4.5 小结
• 第五章 基于算术码字的联合信源信道编码
• 5.1 基于算术码字的信源信道联合编码研究现状分析
• 5.1.1 带冗余符号的算术编码
• 5.1.2 基于冗余算术编码的信源信道联合编码
• 5.1.3 存在的不足和改进思想
• 5.2 局部最大后验概率解码
• 5.2.1 局部最大后验概率
• 5.2.2 局部最大后验概率解码算法设计
• 5.2.3 测试结果
• 5.3 距离加权后验概率解码
• 5.3.1 距离加权后验概率
• 5.3.2 局部序列解码算法
• 5.4 MDWAP算法性能测试分析
• 5.4.1 在AWGN信道上传输二进制随机符号序列
• 5.4.2 在AWGN信道上传输图象
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文主要贡献与创新
• 6.1.1 基于视频原始序列统计特征的码率控制技术
• 6.1.2 基于带宽-失真代价的优化容错传输机制
• 6.1.3 基于算术码字的高效联合信源信道编码
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历