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网络通信中的视频编码与传输技术研究

张方  
【摘要】:随着Internet的飞速发展及人们对网络多媒体业务需求的不断增加,视频流的网络通信技术正受到学术界和科学界越来越多的关注。针对视频流业务具有连续性传输、数据量大、对实时性和可靠性要求高等特点,以及网络信道的异质特性和时变特性,本文从信源编码和信道传输过程中的多个角度出发,对网络通信中的视频编码与传输技术进行了深入细致的研究。 本文的主要工作及取得的研究成果如下: 1.在改善信源编码效率方面,本文提出了三种算法:(1)基于运动矢量统计特性分析的快速自适应全局运动估计算法。通过引入一个可预先设置的参数以计算当前帧与参考帧之间的基本平移矢量,该算法可以榆测视频内容的运动特征并自适应地采取混合全局运动、局部运动估计的算法处理不同特征的数据;(2)采用基于内容的码率分配方案的感兴趣区视频编码算法。该算法同时参考感兴趣度、图象复杂度两个因素来自适应分配码率资源,在较大程度上减小了误差扩散的范围,提高了编码效率和码率分配灵活性;(3)基于率失真优化的扩展自适应块大小运动估计算法,并给出了该算法的SoC并行结构设计。通过增加更多更灵活的块匹配结构,该算法有效改善了整体编码效率,其并行结构在牺牲少量硬件资源的基础上,大幅度缩短了硬件编码延时,减小了算法复杂性。 2.在可分级视频编码方面,本文提出了两种算法:(1)基于位置重排和VLC重组的分层编码算法。为了使视频流数据能适应更宽范围的网络带宽起伏和具有更强的传输控制灵活性,该算法通过对DCT系数量化残差做比特平面编码产生增强层码流,而基本层数据则由更多的子基本层组成,每个子基本层都通过宏块级DCT系数重排和VLC重组生成;(2)基于自适应参考帧插入的多描述分层视频编码算法。通过结合多描述和分层编码的优点,该算法更进一步提高了视频流的抗误码性。 3.在网络应用层的传输控制方面,本文针对不同的传输信道和码流结构,分别提出了三种算法:(1)基于收发交互的不等重出错保护算法。依据信道反馈参数,该算法通过实时自适应调整待传输码率和RCPC编码速率实现;(2)基于网络状态估计的视频流传输控制算法。通过构造并分析IP网络数学模型,该算法给出了一种新颖的判断网络当前状态、估算信道可利用带宽资源的方法,并设计了一种自适应不等重丢包保护策略,可以依据信道条件实时调整待发送的可分级码流层数和对不同层数据的保护力度;(3)基于Ad Hoc网络的多径传输控制算法。针对多描述分层码流,该算法可依据不同路径的当前状态自适应选择待传输的数据分组内容。 4.在网络传输层方面,本文提出了一种视频流分组网络实时传输协议,并分别从数据打包结构、QoS状态参数统计、包失序及滑动大小的缓冲区控制等几个方面详细讨 网络通信中的视频编码与传输技术研究 论了该协议的工作原理和流程。 针对提出的所有算法,论文都通过大量的软件仿真、测试及与传统算法的比较来验 证其有效性和先进性。 关键词:视频网络通信可分级编码多描述分层编码不等重保护实时传输协议 西安电子科技大学博士学位论文


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