自適應(yīng)無(wú)線視頻傳輸方法研究.pdf

1、盡管無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展非常迅速，但是無(wú)線視頻傳輸依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性和異構(gòu)性，高的錯(cuò)誤率，傳輸鏈路的不可預(yù)測(cè)性，高度壓縮的視頻碼流對(duì)傳輸錯(cuò)誤非常敏感的特點(diǎn)，都對(duì)無(wú)線視頻傳輸質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。過(guò)去我們采用分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，層與層之間采用固定的方式進(jìn)行通信，不能對(duì)有限的頻譜和功率資源進(jìn)行有效地利用，不能很好地滿足不同業(yè)務(wù)對(duì)于服務(wù)質(zhì)量（QoS）的要求，必須要對(duì)傳統(tǒng)的分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行改革，因此跨層自適應(yīng)資源調(diào)度成為下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)

2、議的研究熱點(diǎn)。跨層設(shè)計(jì)的思想，并不完全否定傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的分層模式，而是將各層的特性參數(shù)協(xié)調(diào)融合，根據(jù)系統(tǒng)的約束條件和網(wǎng)絡(luò)特征來(lái)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使協(xié)議棧能夠以全局的方式適應(yīng)特定應(yīng)用所需的QoS 和網(wǎng)絡(luò)狀況的變化，實(shí)現(xiàn)資源的有效分配，提高網(wǎng)絡(luò)的綜合性能?？鐚釉O(shè)計(jì)使得同時(shí)滿足視頻業(yè)務(wù)對(duì)于傳輸速率、錯(cuò)誤率和時(shí)延的苛刻要求成為可能，具有非常重要的研究?jī)r(jià)值。本論文根據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目子課題“基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應(yīng)技術(shù)研究

3、”和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）重大專項(xiàng)課題“新一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線傳輸鏈路技術(shù)研究（FuTURE/B3G）”的要求，主要研究自適應(yīng)無(wú)線視頻傳輸中的關(guān)鍵問(wèn)題。 去除了時(shí)間和空間冗余的視頻壓縮數(shù)據(jù)對(duì)傳輸中的錯(cuò)誤非常敏感，為了避免錯(cuò)誤對(duì)視頻的影響，在傳輸過(guò)程中我們又需要給碼流添加冗余，增加碼流的抗錯(cuò)性能，這些冗余可以在信源編碼中添加，也可以在信道傳輸中添加，這些冗余在增強(qiáng)碼流可靠性的同時(shí)給編碼效率帶來(lái)?yè)p失。本文首先建立了

4、端到端的視頻傳輸系統(tǒng)模型，對(duì)視頻編解碼及傳輸過(guò)程中的信源編碼失真、信道傳輸失真、后續(xù)幀失真的預(yù)測(cè)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，建立了信源編碼失真和信道傳輸失真與冗余之間的關(guān)系的模型，然后對(duì)視頻傳輸?shù)男旁葱诺缆?lián)合編碼方法進(jìn)行了歸納，提出了跨層自適應(yīng)聯(lián)合優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。 針對(duì)平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道下的視頻傳輸，研究了兩種不同類型的跨層聯(lián)合優(yōu)化方法。我們對(duì)Nakagami信道下不同自適應(yīng)傳輸方法及其頻譜效率進(jìn)行了研究，并對(duì)Rayleig

5、h信道下自適應(yīng)MQAM調(diào)制的性能進(jìn)行了分析和仿真。在此基礎(chǔ)上，提出一種自底向上的跨層自適應(yīng)方法，對(duì)物理層、鏈路層和應(yīng)用層進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面通過(guò)下層的自適應(yīng)傳輸在一個(gè)較粗的尺度上進(jìn)行傳輸速率調(diào)整，適應(yīng)信道變化，獲得最大的頻譜效率；另一方面通過(guò)層與層之間的信息傳遞，在滿足QoS約束條件下，選擇最優(yōu)的參數(shù)組合，取得信源編碼失真和信道傳輸失真之間的平衡，獲得最好的傳輸質(zhì)量。 頻率選擇性衰落信道下的自適應(yīng)OFDM能夠?qū)㈩l率選擇性衰落

6、信道轉(zhuǎn)化為一組平坦衰落子信道，如果能夠利用不同性能的子信道傳輸不同重要性的視頻數(shù)據(jù)，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)視頻的不平等保護(hù)。我們對(duì)頻率選擇性衰落信道下的自適應(yīng)OFDM方法進(jìn)行了研究，并對(duì)幾種不同的AOFDM自適應(yīng)算法進(jìn)行了分析和仿真。然后對(duì)分層可伸縮視頻編碼方法進(jìn)行了研究，并建立了質(zhì)量可伸縮FGS的編碼與傳輸失真模型。在此基礎(chǔ)上，提出一種自頂向下的跨層不平等保護(hù)方法，應(yīng)用層質(zhì)量可伸縮FGS視頻編碼產(chǎn)生具有不同重要性的碼流，在傳輸過(guò)程中，通過(guò)自

7、頂向下的跨層信息傳遞，將碼流的重要性信息傳遞到鏈路層和物理層，針對(duì)碼流的重要性信息和當(dāng)前信道條件，對(duì)重傳策略和子信道的分配進(jìn)行調(diào)整，使得基本層碼流獲得更好的保護(hù)，提高視頻傳輸質(zhì)量。 過(guò)去對(duì)于視頻傳輸中的錯(cuò)誤控制方法研究大多集中在如何提高視頻的平均傳輸質(zhì)量上，但是視頻質(zhì)量的波動(dòng)同樣是關(guān)系到視覺(jué)效果的關(guān)鍵問(wèn)題。我們對(duì)信道傳輸失真及誤差蔓延對(duì)視頻質(zhì)量的影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析，在此基礎(chǔ)上提出了宏塊重要性測(cè)度定義，并提出一種新的根據(jù)宏塊重要性