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基于网络编码的D2D视频传输技术研究

刘郁  
【摘要】:近年来,随着移动设备的普及和视频业务的兴起,人们在移动设备上进行视频观看的日常需求越来越多。频繁的设备连接和日益增长的网络规模加重了基站的负担,传统的蜂窝网络难以满足下一代通信的需要。在视频传输的过程中,如何提高视频传输的可靠性,减轻基站负担,满足用户对视频观看的需求,成为下一代通信研究的热点问题。D2D(Device-to-Device)技术作为5G(5th-generation)时代的核心技术之一,为视频传输提供了新的应用场景。此外,网络编码技术可以有效地提高网络吞吐量和传输可靠性。D2D技术与网络编码技术的融合可以提高网络整体性能,尤其是面向视频业务时,可以获得稳定清晰的视频流。在传统的蜂窝网络中,多个用户之间进行视频共享将占用很高的传输资源,视频帧的丢失会影响用户的观看体验。针对这一问题,本文提出了一种基于网络编码的D2D环境下视频分发方案。该方案将网络编码技术应用于H.264格式的视频传输过程中,依据视频流中视频帧重要程度采用不同的编码方式,为视频流中的关键信息提供了额外的保护,从而提高视频成功解码的概率。此外,建立了D2D传输环境下基于概率的数学分析模型,分析了丢包率和视频帧长度对成功解码率的影响。在仿真环境设置下,与传统方案相比,该方案的成功率解码率得到了提高。在视频传输过程中,数据丢包不可避免。传统的基于复制的重传方案占用了基站的带宽,增大了基站的传输压力。如何在协助移动设备恢复丢失的数据包的同时减轻基站的负担是目前需要解决的问题。针对这一问题,本文提出了一种基于网络编码的数据包重传机制,利用D2D技术协助基站进行重传。为避免D2D设备传输冲突,提出了一种设备选择算法,在每次传输中选择能带来最大传输增益的传输设备作为发送端;构造了基于立即可解编码的无向图表示数据包之间的编码关系,使尽可能多的数据包参与生成编码数据包。仿真实验结果表明,与传统方案相比,所提出的方案可以减少重传次数,提高重传效率。基于以上研究成果,本文设计了基于网络编码的D2D视频传输系统,并在软件开发平台Android Studio上进行了开发。本系统实现了在Wifi-Direct环境下视频传输技术与网络编码技术的有效结合。通过对系统进行功能测试和性能测试,验证了本文设计的系统能够实现视频传输的基本功能,提高视频传输的整体性能,提升用户视频观看体验。


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