移动流媒体编码与传输中的关键技术研究

发布时间：2018-04-08 21:15

本文选题：移动流媒体　切入点：压缩感知　出处：《哈尔滨工程大学》2014年博士论文

【摘要】：随着无线网络及无线终端设备的不断发展,流媒体业务已成为无线通信领域当前以及未来发展的重要方向。但是由于流媒体信源本身庞大的数据量,而无线信道的带宽有限,受噪声干扰及尺度衰落的影响程度大,再加上终端的移动性,也会造成无线信号的不均匀,从而导致数据丢包、延时等服务质量的降低。因此信源的压缩编码、信道的稳定传输以及完整仿真平台的建立能够为快速而精确的信号传输与重建提供帮助。本文主要针对流媒体的信源采样、编码、传输等技术方面存在的问题进行研究。首先,在采样领域对视频数据进行压缩算法的研究。由于流媒体的主要信源-视频数据具有数据量大的特点,在采样时往往由于传统的Nyquist采样定理导致采样数据的更为庞大,而后期在视频编码部分又要将冗余尽量消除,这样造成了大量的资源浪费。针对该问题,引入压缩感知算法,并根据视频信号自身的帧间冗余特性,设计了基于主成分变换的视频压缩感知算法,实现信号采样与压缩过程的同时进行,使得采样频率大大降低。针对主成分分析过程中视频信号的协方差矩阵较大造成数据溢出问题,提出了基于GHA的视频压缩算法,利用压缩感知的测量矩阵的大小确定算法的稀疏度,即主成分的数量,解决了计算巨大的完整协方差矩阵的问题并提高了系统效率。其次,对视频编码技术中的运动估计算法运行研究与改进。本文以H.264标准作为研究平台,对该标准的编解码框架及关键技术进行深入的分析研究。针对编码器中最重要的运动估计算法,通过对典型块匹配算法的优缺点分析,提出改进的自适应十字模板搜索法(IARPS),针对搜索起始点不够精确的问题,采用空间与时间相邻块结合作为宏块预测的初始参考,并采用变步长的搜索方法。而在搜索模板上,摒弃传统类圆式模板更精确的想法,依据统计数据,确定以十字搜索为基础的模板,减少搜索量,增大搜索精度,从而减少了运动估计算法的搜索点数,提高了搜索效率,也就相当于提高了编码效率。接着,开展了流媒体的OFDM传输系统研究。针对无线网络多径效应引起的频率选择性衰落,使接收信号出现码间干扰造成的通信性能下降问题,建立了基于正交频分复用技术(OFDM)的传输系统,解决频率选择性衰落的同时,提高频谱效率的利用。为了实现流媒体的OFDM传输,首次提出以H.264 NALU为传输单元,并依据NALU内数据比特自适应确定OFDM系统的子载波数建立流媒体的OFDM传输系统。针对传统的基于FFT的OFDM系统抗干扰性差的问题,采用正交小波包函数实现OFDM系统的构建,利用小波包函数良好的互正交性及自正交性,更好地对抗信道时延、码间干扰及子载波间的干扰。最后,对流媒体服务质量保障机制的自适应差错控制算法进行了研究,设计了前向纠错冗余包根据网络负载及无线信道状态动态改变的自适应FEC算法,并针对现有理论的主次性计算过程导致的对信道状态应用不充分的问题,对算法进行了改进,增加了无线信道状态在FEC冗余包计算中的重要性,增强了信道利用率;针对现有理论利用线性函数计算导致的阈值点FEC冗余包变化过快,设计了基于余弦基的非线性阈值自适应FEC控制算法。针对传统流媒体编码与传输实现平台的异构性,采用Evalvid架构与NS2仿真平台的方式,建立了集信源编码-信道传输-信号重建-服务质量分析为一体的完整的流媒体仿真平台。并利用该平台检验自适应算法在不同信道差错模型下的差错控制性能,并对流媒体仿真平台视频传输进行服务质量分析。本文的研究成果具有重要的理论研究意义和工程应用价值,移动流媒体仿真平台的建立可以为移动流媒体编码与传输过程提供强有力的仿真与分析工具。部分研究成果可应用到视频图像编码压缩、信号处理以及信号传输等领域。
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【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN919.8

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