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随着无线技术的发展和硬件成本降低,基于移动无线网络的视频应用得到越来越多的普及。传统面向数据传输的网络协议已经不能满足视频传输需要。一方面,视频数据具有特殊的编码结构,对数据有实时性和优先级要求。而传统网络传输协议,例如WEB、FTP等数据传输协议,侧重于数据完整性。另外一方面,视频传输已经从简单依赖网络质量,逐渐转向关注视频编码特性和视频传输质量相结合的传输方式。因此如何在窄带宽、动态可变的无线网络上进行视频传输,一直是国内外的研究热点。
为了适应无线网络不可靠、带宽受限的传输要求,我们认为需要建立一种围绕视频失真特性,结合视频码率自适应、信源和信道联合编码、非对称传输保护相结合的传输方法。从网络链路层、网络层、以及应用层提供综合的保护。本文主要从事了下列研究:
首先,在网络层提出一种无线传输拓扑选择策略。通过对无线节点干扰和网络拥塞建模,预测多路径视频传输失真。并以率失真为尺度,选择失真最小的多路径路由。算法充分考虑了多跳网络的路径干扰、网络拥塞和视频编码等因素对视频传输的影响。通过建立视频传输与网络丢包和延迟之间的率失真函数关系,预测路径的传输失真。并将无线节点建模为M/M/1/K排队系统,利用排队理论预测网络拥塞导致的延迟和丢包。
其次,在链路层提出一种无线资源分配的算法。通过建立视频传输失真与无线信道资源分配的函数关系,提出一种失真感知的视频数据包优化调度算法。根据数据包延迟和内容,调整数据包发送顺序和MAC层重发次数,从而实现信道资源分配。首先,根据丢包失真模型计算视频数据包的失真度量;其次,建立MAC层重传的马尔可夫链模型,预测数据包传输延迟;最后,建立延迟受限的最优化函数,采用贪婪排序法求解失真最小的无线信道资源分配。
最后,在应用层提出一种交织路径冗余编码方法。利用多路径传输的独立信道、以及丢包差异等特性,研究视频源码率控制、FEC冗余码率分配、和多路径数据包分配等问题,对每个视频层提供不同保护。同时提出一种非对称保护的优化框架,并给出相关算法。
论文针对无线视频传输的保护问题,研究了基于视频失真模型的无线网络资源分配和非对称保护方法。本文创新点主要体现在以下几个方面:
1)提出一个基于失真预测的多路径选择算法。建立视频失真与网络传输的函数关系,并以失真为权重进行路由选择。
2)提出一个失真感知的无线资源分配算法。利用无线网络MAC层重传机制,根据视频数据包失真模型,优化传输顺序和资源分配。
3)针对应用层视频传输非对称保护,提出一种交织多径前向纠错编码方法。根据视频层的质量重要性,利用视频码率控制、冗余数据分配、以及多路径数据包调度,提供不同的传输保护。
本文提出的相关理论框架与方法,是对在高质量无线视频传输的有益探索,推动无线视频技术及应用的发展。