基于IP网络视频质量自适应控制的研究

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利用现有网络条件,提供良好的视频质量,是面向通信传输的视频系统需要长期面对的问题。本文研究的重点是在IP网络环境变化的情况下,实时有效地控制视频质量,保证给终端用户提供良好的视频服务。取得的研究成果和创新如下:1.提出了一个IP网络视频质量自适应控制的机制提出了一套对IP网络流量、拥塞等变化环境自适应调整的视频质量控制机制,由编码端和解码端的网络监控单元形成反馈系统。解码端检测网络参数,藉以调节接收端视频缓冲区,改善回放视频质量;编码端得到网络反馈参数后,自适应的控制画面和宏块层的目标码率和量化参数,进行精细分配和控制,从而减少了网络拥塞,改善了系统QoS。2.提出了相似拉普拉斯率失真模型—SL视频压缩的速率控制,就是预估一组量化参数,使得在压缩速率的限制下,达到失真最小的结果。本文由DCT量化后系数的分布概率,结合拉普拉斯概率密度函数,推导出拉普拉斯率失真控制模型。利用此模型,设计实现了发送端画面和宏快层的速率控制函数:发送端缓冲区的上、下溢出界限公式;FGS增强层码率比例截取算法等。实验结果表明,使用SL模型在编码稳定性和视频质量变化上总体提高了32.96%。3.提出了计算网络带宽逐次趋稳和加权可调拥塞算法传统的AIMD算法采用的是加增倍减的方法来探测网络拥塞,带来的视频质量波动较大。本文提出逐次趋稳算法,在端到端之间定期发送测试包,根据丢包率,使用迭代方法,计算网络流量变化,平稳快速地使目标速率在最大可用带宽附近变化,减少了视频质量波动。试验数据表明,该算法具有较好的收敛性和平滑性。根据逐次趋稳算法得到的目标码率,本文使用比例因子加权调整发送速率,最终发送的视频速率符合网络带宽的要求。实验表明,该拥塞算法与AIMD相比,具有较快的反应能力和良好的TCP友好性。4.提出一种FGS重发/重收和空域的错误控制机制及鲁棒打包方案设计了FGS的基本层和增强层重发/重收策略,并且把增强层利用位平面编码分解为多个数据包。重新设计了新的UDP数据包包头,便于高效、鲁棒传输视频数据;对于空域分层编码,提出了区别于ARQ的I画面错误恢复手段,同时采用后向错误定位方法来恢复P画面,实验表明,与计算宏块中所有象素值的方法相比,恢复P画面的计算量仅为21.8%。利用RTP包和编码宏块尺寸的比较关系,提出了一种鲁棒的编码端数据打包机制—1 FlexMux,降低分组之间的相关性,提高了I画面的鲁棒性。当网络出现严重拥塞时(平均丢包率为15%~20%),使用相同的视频测试集,采用本文的视频质量自适应控制机制,综合各个分部件测试单元的结果,和没有采用此机制的系统相比,视频平均峰值信噪比PSNR提升了1.22dB~2.31dB,为终端用户提供了较好的视频质量。本文是阶段性研究成果,仍有许多问题需要进一步研究,如编解码器优化、新的错误控制算法、在实际应用中的各种问题等。
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