《无线视频传输关键技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线视频传输关键技术研究（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 博士学位论文 无线视频传输关键技术研究 姓名：张珍明 申请学位级别：博士 专业：通信与信息系统 指导教师：朱光喜 20060430 I 摘摘 要要 随着 Internet 的快速增长和无线接入技术的惊人发展， 人们对无线网络多媒体传 输表现出巨大的需求。尽管已有相当多的视频通信标准和商用产品相继推出，但利 用资源有限的无线网络提供高质量的视频服务依然是个充满挑战的难题。这是因为 视频信息往往数据量很大而无线信道传输机制又特别复杂。无线信道有限的带宽资 源要求视频信息应该采用高效率的压缩算法去除冗余；而无线环境的时变、易错的 特点又要求有控制地添加冗余以保证可靠的传输。因此，这里存
2、在一个效率和可靠 性的均衡。研究无线视频传输的目标之一是为了寻找效率与可靠性之间的最优平衡。 本文的研究以作者所在实验室承担的国家 863 重大攻关课题“数字视音频编码、 传输、测试与应用示范系统”和国家自然科学基金重大项目“未来移动通信系 统基础理论与技术研究”为主要背景，研究了提高无线视频传输质量的相关关键技 术，并提出一个具有最优的码率分配和鲁棒错误控制的无线视频传输系统。 为了进一步提高信源编码的压缩效率，以缓解视频信息量大与无线带宽有限的 矛盾，我们采用基于感兴趣区的视频编码算法作为信源编码。基于内容或基于感兴 趣区的编码由于考虑了人体视觉系统的特点能够提高视频的主观质量，进而提高带
3、 宽的利用率。为了实现基于感兴趣区域编码，视频对象分割是基础。目前常见的对 象分割技术多有计算量大的局限而不能适用于资源受限的无线环境，为此本文提出 了一种基于块的运动特性的视频对象分割算法，该算法计算量比视频编码中所采用 的离散余弦变换的计算量少两个数量级，因而所增加的计算开销可以忽略不计。实 验证明，该分割算法的精度能够满足提高视频编码效率的要求。另外，本文基于此 对象分割算法，提出了一个新的全局运动估计算法，实验证明所提出的算法的计算 效率和精确度。这从另一个方面也证明了视频对象分割算法的计算效率和精度。 无线信道作为时变、受限的传输环境，由于受到诸如阴影、衰落以及噪声等因 素的影响使无
4、线传输错误不可避免，而且传输错误往往呈现出突发特性。研究已经 表明，突发错误对不同协议层的错误特性有着不同于独立同分布错误的影响，因而 要全面描述错误特性仅采用平均出错率是不够的，还需要高阶统计量来描述错误间 的相关性。为了能够提高传输质量，常用的前向错误纠正和自动重传请求等错误控 制措施的设计要建立在对无线信道传输错误特性全面了解的基础之上。为此，本文 对无线信道传输错误进行了建模研究，模型分不同的协议层进行，研究内容包括建 模的方法和模型参数的估计算法，利用模型能够准确地描述突发错误特性，研究还 揭示了不同协议层数据单元错误间的内在关系。 利用所获得的不同协议层数据单元的错误模型，分析物理
5、层的前向错误纠正方 II 案的纠错性能和链路层的自动重传请求协议的性能（包括吞吐量效率和时延特性） ， 进一步，揭示无线信道传输错误特性与无线传输错误控制参数间的内在联系。这为 优化无线信道传输性能提供了理论依据，特别是为视频传输系统跨层优化提供了可 能，也为构建可操作的无线视频传输服务质量保证奠定了基础。 最后，我们基于上述的信源编码以及信道传输方面的研究成果，提出了一个联 合信源信道优化无线视频传输的方案。该方案通过码率的最优分配，实现视频传输 质量失真最小的目的。视频编码器采用了基于感兴趣区编码，码率的分配在信源编 码和信道编码之间、信源编码的不同区域之间、信道错误控制的不同手段之间利用
6、 跨层优化的方式实现了这个多参数的优化过程。另外，为了提高视频无线传输信道 失真估计的精度和对时变信道的快速反应能力，我们利用反馈信息并结合信道错误 模型，提出了一种视频传输失真的估计算法。实验结果表明，这个实时无线视频传 输系统具有很好的信道自适应性，在信道比较恶化时仍能保持较好的视频主观质量。 另外，该系统的优化算法计算效率高。由于对编码技术和信道环境没有特殊的要求， 因而该传输系统的方法具有通用性。 关键词： 关键词： 感兴趣区 无线信道建模 隐马尔可夫模型 前向错误纠正 自动重传请求 失真分析 信源信道联合编码 III Abstract With the explosive growt
7、h of the Internet and dramatic increase in wireless access, there is a tremendous demand on multimedia delivery over wireless networks. Despite a large number of standards and commercial products for applications of visual communications, providing high quality visual information over resource-limit
8、ed wireless networks still remains a major challenge. This is because of the hug data size of visual information and the complicated characteristics of wireless channels. Due to the limited bandwidth of wireless channels, it is desired that visual information is compressed by highly efficient compre
9、ssion schemes while, due to the time-varying error prone environments of wireless channels, controlled redundancy is necessary to be added in the compressed bit streams in order to ensure reliable transmissions. Therefore, there is a tradeoff between efficiency and reliability. The objective of this
10、 research is to find the optimal tradeoff between efficiency and reliability for video transmission over wireless channels. Supported by the national high technology research and development program of China (No.2002AA119010) and the National Natural Science Foundation of China (No.60496315), in thi
11、s dissertation, some key technologies for wireless video transmission are researched and video transmission system over wireless channel is developed based on robust error control and optimal bit allocation. In order to further increase the efficiency of source coding and to relieve the resource con
12、flict between huge amounts of information of video and the limited bandwidth of wireless channel, we introduce a novel video coding algorithm based on ROI (region of interest). Content-based or ROI-based video coding can improve subjective video quality and utilize the bandwidth usage due to taking
13、into account the characteristic of the human visual system (HVS). It is known that algorithms of object segmentation from video are essential to realize ROI-based video coding. Unfortunately, those frequently used object segmentation algorithms at present have such shortcomings like computational in
14、tensive, unsuitable to resource limited wireless environment. Therefore, we propose video object segmentation algorithm based on simple characteristics of moving blocks in this dissertation. Comparing with DCT which is commonly used in video coding, the computational complexity of the proposed algor
15、ithm is reduced at least two order of magnitudes. So the additional computational complexity is negligible. Experimental IV results have shown that accuracy of the proposed segmentation algorithm can satisfy the requirement to further improve video coding efficiency. Moreover, a novel global movemen
16、t estimation algorithm based on the ROI is proposed. Experimental results also verify computational efficiency and accuracy of the algorithm. This algorithm also proves computational efficiency and accuracy of the proposed video object segmentation algorithm. Because of shadowing, fading and noise, wireless channel, as time varying and bandwidth limited channel, has such natures that it is error prone and has bust error
