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随着Intemet的高速发展,对多媒体通信技术地研究正如火如荼地展开。视频通信技术作为多媒体通信的核心内容,其QoS(Quanlity of Service)技术对于视频编码效率,传输鲁棒性以及解码质量都发挥着举足轻重的作用。视频流QoS参数主要包括延迟、延迟抖动、丢包率和带宽等。除此之外多方因素都可以导致视频流延迟,如传输距离、网络节点的处理能力、网关设备的过滤能力以及路由器的调度能力等等。由于视频流对带宽要求很高,而网络提供的带宽是变化的,因此必须采用一定策略使视频流适应网络带宽的变化,在不同状况下保证视频流的实时QoS要求。视频流在网络中传输的QoS问题的有效解决,需要整个视频流传输系统的全面QoS支持,也就是说需要从视频编解码、终端的拥塞和差错控制以及IP网络的QoS支持等不同层次共同进行控制。
本文从视频流QoS的几个方面出发,对视频码率控制技术、传输层差错控制技术、解码错误隐藏技术以及编码视频服务器的多码流切换技术等做了深入研究,取得了以下成果:
1.提出了一种空域可分级的视频码率控制方法,该方法对跳帧及前后若干帧作下采样编码处理,可明显改善编码主观质量。传统码流控制方法根据编码缓冲器的剩余量判断是否作跳帧处理,跳帧时该帧不编码,若对场景转换帧较多的视频编码时,跳帧将非常频繁,必将导致信息丢失严重,视频主观质量下降。
2.提出了一种基于SCTP(Stream Control Transport Protocol)协议的视频传输框架RTP/SCTP/IP及其相应的码流传输方法,试验表明相对于传统的传输结构RTP/UDP/IP,本文方法对视频传输质量的提高较为明显。SCTP协议是IETF((Intemet Engineering Task Force)为了改进TCP协议的缺陷提出的一种新的面向连接的传输层协议。论文方法利用SCTP协议的多流特性,将可分级的H.264码流中基本层数据及增强层数据分成相应的逻辑子流进行传输,根据各个子流的重要性及带宽变化选择相应的保护力度,提出了基于网络带宽预测的码流传输方法。
3.提出了一种基双域插值的错误隐藏方法。首先建立时域和空域的插值模型得到相应的错误隐藏运动矢量,其次建立插值系数表及相应的双域插值模型,最后通过最优插值运动矢量的判断,得到最佳的错误隐藏运动矢量,试验表明双域插值方法由于充分利用了码流中的冗余信息,因此视频质量比单域插值方法有较大改善。本文分别使用拉格朗日插值方法和牛顿插值方法作双域插值,试验结果表明拉格朗日插值效果更为明显,但数学模型复杂且计算量大不利于实时处理,而牛顿插值模型简单,计算量小更适合实时应用场合及硬件实现。
4.提出了一种基于不等带宽划分的可分级码流无缝切换方法。建立了可分级码流的不等分带宽划分模型,并且在其基础上,按照对网络拥塞影响不同,将视频服务器的向上切换和向下切换分别处理,同时结合网络带宽的平均变化特性和瞬时变化特性,调节码流切换点的位置并判断码流切换方式。试验表明该方法能够更好的适应网络带宽变化,降低网络拥塞。
对以上提出的四种算法,论文都通过软件仿真、测试及与相关算法的比较来验证其有效性和先进性。