面向互聯(lián)網(wǎng)的若干視頻傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)與視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展，視頻傳輸在互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。由于具有數(shù)據(jù)量大、編解碼復(fù)雜、各數(shù)據(jù)單元之間依賴性強(qiáng)等特點(diǎn)，視頻對(duì)丟包、時(shí)延等QoS(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量)參數(shù)極其敏感。而當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模仍在迅速擴(kuò)大，同時(shí)又有數(shù)量日益增多的移動(dòng)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，特別是隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，使互聯(lián)網(wǎng)中的視頻傳輸面臨著數(shù)據(jù)出錯(cuò)、失真、中斷等諸多問(wèn)題。如何保證視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，提高接

2、收端的視頻質(zhì)量，已成為當(dāng)前數(shù)據(jù)通信與視頻編解碼技術(shù)中的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。伴隨著以視頻為代表的流媒體業(yè)務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)中的日益普及，相關(guān)技術(shù)的研究不但具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
　　在收集大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的文獻(xiàn)資料，并對(duì)其進(jìn)行整理、分析的基礎(chǔ)上，本文對(duì)面向互聯(lián)網(wǎng)的若干視頻傳輸關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)面向信道編碼的糾錯(cuò)技術(shù)
　　針對(duì)視頻數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸時(shí)，接收端的視頻質(zhì)量易受網(wǎng)

3、絡(luò)丟包的影響而顯著降低的問(wèn)題，提出了一種基于丟包率預(yù)測(cè)的糾錯(cuò)方法。該方法首先采用FCM(模糊C均值聚類)對(duì)丟包率P進(jìn)行量化，之后利用Baum-Welch算法對(duì)HMM(隱馬爾科夫模型)參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，再利用Viterbi算法對(duì)HMM進(jìn)行求解，進(jìn)而獲得下一時(shí)間段的丟包率，最后根據(jù)丟包率的大小自適應(yīng)地選擇FEC(Forward Error Correction)或ARQ(AutoRepeat reQuest)完成糾錯(cuò)操作。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)

4、于HARQ與LIVA方法，所提出的方法不但降低了丟包率和平均時(shí)延，而且減小了視頻失真，提高了接收端視頻的主觀及客觀質(zhì)量。
　　(2)面向可伸縮視頻編碼的糾錯(cuò)技術(shù)
　　針對(duì)可伸縮視頻編碼(SVC)在傳輸過(guò)程中存在解碼后質(zhì)量較差的問(wèn)題，提出了一種基于自適應(yīng)遺傳算法的糾錯(cuò)方法。該方法首先分析了SVC的網(wǎng)絡(luò)抽象層單元數(shù)據(jù)包頭的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新的封裝方案。然后根據(jù)SVC各層對(duì)解碼重要性的不同，在計(jì)算丟包環(huán)境下SVC失真的基礎(chǔ)上，將F

5、EC數(shù)據(jù)在各層的分配視為多約束條件下的優(yōu)化問(wèn)題，再引入懲罰函數(shù)將之轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，進(jìn)而采用自適應(yīng)遺傳算法進(jìn)行求解，得到了優(yōu)化的FEC數(shù)據(jù)分配方案，實(shí)現(xiàn)了SVC平均失真的最小化。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比LW-EZEP及GOP-UEP方法，所提出的方法不但改善了解碼后視頻的客觀質(zhì)量，而且有效地提高了解碼速度。
　　(3)基于擁塞控制的視頻單播傳輸技術(shù)
　　針對(duì)現(xiàn)有的單播擁塞控制方法可靠性低、視頻平均失真較大的問(wèn)題，提出了一種

6、基于半馬爾科夫決策過(guò)程的單播擁塞控制方法。該方法首先為克服基于PSNR(峰值信噪比)的視頻質(zhì)量評(píng)估策略實(shí)時(shí)性較低的不足，設(shè)計(jì)了一種可在線運(yùn)行的無(wú)參考視頻質(zhì)量評(píng)估策略。然后根據(jù)接收端視頻質(zhì)量的反饋，以最小化平均失真為目標(biāo)，將單播擁塞控制視為具備馬爾科夫性質(zhì)的離散過(guò)程，采用半馬爾科夫決策過(guò)程對(duì)擁塞控制過(guò)程建模。并為其設(shè)計(jì)了相應(yīng)的求解算法，優(yōu)化了擁塞控制參數(shù)的調(diào)整策略。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與現(xiàn)有的MTCC和TCP reno方法相比，所提出的方法

7、不但是TCP友好的，而且有效地提升了接收端視頻的主觀和客觀質(zhì)量。
　　(4)基于擁塞控制的視頻組播傳輸技術(shù)
　　針對(duì)現(xiàn)有組播擁塞控制方法的帶寬利用率低、平均時(shí)延較高的問(wèn)題，提出了一種基于SA的多速率組播擁塞控制方法。該方法首先在最大化接收端請(qǐng)求速率的前提下，對(duì)多速率組播擁塞控制過(guò)程進(jìn)行了建模，然后采用SA對(duì)該模型進(jìn)行求解，得到了優(yōu)化的接收端請(qǐng)求速率，提高了帶寬利用率。在此基礎(chǔ)上，為降低視頻傳輸時(shí)延，設(shè)計(jì)了一種接收端的層調(diào)整機(jī)

8、制。最后通過(guò)在視頻組播系統(tǒng)中設(shè)置代理節(jié)點(diǎn)完成視頻數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤恢復(fù)，以提高視頻組播的可靠性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與TFMCC方法相比，所提出的方法具有良好的公平性與可擴(kuò)展性，有效地提高了帶寬利用率和組播系統(tǒng)的吞吐量，在接收端也獲得了更高的視頻質(zhì)量。
　　(5)基于碼率控制的視頻傳輸技術(shù)
　　針對(duì)現(xiàn)有的碼率控制方法未考慮人眼的視覺感知、精度較低、編碼質(zhì)量波動(dòng)較大的問(wèn)題，提出了一種基于視覺感知的碼率控制方法。該方法首先設(shè)計(jì)了檢測(cè)視頻序

9、列中的場(chǎng)景變化和幀的局部運(yùn)動(dòng)性的方法，定義了幀的活動(dòng)度。在此基礎(chǔ)上，將視覺感知應(yīng)用于像素域的恰可察覺失真模型，根據(jù)各幀的恰可察覺失真的大小完成幀層比特分配，使之更符合人眼視覺感知的特征。然后為更有效地消除視頻幀中的時(shí)間與空間冗余，提出了基于結(jié)構(gòu)相似度的率失真模型，設(shè)計(jì)了基本單元層的比特分配方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于VPBRC和JVT-W042方法，所提出的方法不僅增強(qiáng)了輸出碼流的穩(wěn)定性，而且顯著提高了碼率控制的精度與視頻質(zhì)量。