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基于H.264扩展的可伸缩视频编码的传输技术研究

李晓峰  
【摘要】:随着通信、网络与多媒体技术的快速发展,各种数字视频的应用十分普及。基于H.264/AVC扩展的可伸缩视频编码(SVC)为各种视频应用提供了适应网络异构性与终端用户多样性的一种有效解决方案。针对SVC的各种传输技术的研究具有很重要的理论与应用价值。本文围绕SVC视频在差错信道上的可靠传输方法、无线局域网的传输设计与视频流系统中的播放技术开展了研究。主要内容如下: 本文首先研究了运用联合信源/信道编码(JSCC)实现SVC视频的可靠传输的问题。针对典型的SVC视频传输系统,建立了JSCC问题的数学模型,计算了重现视频的失真,并分析了现有的典型方案及其问题。本文提出了一种联合二维优化方案对SVC数据与差错保护级别进行最优分配。该方案既在各帧上进行率-失真(R-D)优化,又遵循帧间依赖约束在所有帧上进行最佳排序。为了有效地计算各帧的R-D点,文中提出了一种新型的缩减栅格算法,它采用疏散式栅格结构,实行依层计算与缩减状态队列的简化策略,其计算效率比现有基于维特比的算法提高了约20-50倍。联合二维优化方案基于所有帧的R-D点构建视频传输系统的全局R-D曲线,而后,按给定的目标速率提取该曲线得出R-D意义下的最佳JSCC解。仿真结果表明,本文的方案在渐进与非渐进模式中的峰值信噪比(PSNR)性能均优于现有的典型方案。 其次,本文研究了在802.11e的无线局域网络上改善SVC视频传输的跨层设计。本文提出了一种基于重要性的自适应映射算法,它按照SVC数据包的重要性分配媒质访问控制(MAC)层适当的访问类型(AC)进行传输,同时,根据网络负荷状况自适应调整数据包率、预防AC队列拥塞。为了合理使用AC,文中借鉴现有增强型分布式信道访问(EDCA)特性的通用分析结果,扩展分析了本文的特定应用情况。与原分析不同,本文的结论更简明,它不需要整个网络中各种AC站点总数等全局知识。仿真结果表明,与标准EDCA、现有的静态与自适应随机映射算法相比,本文算法既拥有明显的PSNR性能优势,也具有良好的时延性能。 最后,本文研究了SVC码流上运用自适应媒体播放(AMP)与数据包调度方法应对网络传输特性波动与增强视频播放质量的问题。本文提出了一种预测播放中断与缓冲区溢出风险进行及早调节的自适应媒体播放(AMP)算法。该算法估算网络流量与图像组(GOP)结构中各帧长度用于风险预测,通过K步调节过程实现良好的调节平滑性与速度,并利用SVC码流的可伸缩性最大限度地减少溢出造成的质量损失。仿真结果表明,本文提出的算法在抑制播放中断、处理缓冲区溢出与抖动性能等方面,优于现行的平滑AMP与基本AMP算法。另外,本文提出了一种收/发联合控制的数据包调度方案,该方案根据网络状况实时抽取SVC数据包,并根据接收缓冲区的状况信息对数据包调度进行联合控制。在网络流量大范围的波动下,该技术仍能够有效防止地播出中断,实现准最佳的接收质量。


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