无线网络中自适应混合数模视频传输技术研究

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在无线移动网络中,多径传输,阴影衰落和多普勒频移导致用户所处的信道环境剧烈变化,进而造成用户接收到的视频质量出现剧烈的波动,即会产生悬崖效应。现有的伪模拟视频传输方案虽然能够消除悬崖效应,但是存在两个问题:1)编码和传输效率低;2)不能在衰落信道中有效工作,无法处理信道波动造成的不利影响。本文针对前面所述方案中存在的问题与挑战,提出了一种自适应混合数字模拟视频传输方案(A-HDAVT),它能够同时兼顾数字传输与模拟传输的优点,在提高传输效率的同时又能够消除悬崖效应。在A-HDAVT中,我们提出了联合功率分配方案,它能够保证数字部分内容的可靠传输,同时又能完成基于信道预测的自适应模拟传输。A-HDAVT能够有效地利用视频内容和信道状态的差异性来优化视频传输,降低传输过程中的均方误差失真(Mean Square Error, MSE)。本文的主要工作可归纳如下:1)在A-HDAVT中,我们提出一种混合功率分配策略来完成数字与模拟传输部分的功率分配。考虑到参考帧对视频解码的重要性,需要为参考帧分配足够的发送功率,来保证参考帧的可靠传输,剩余的发送功率用于模拟部分的数据的传输。使用该策略可以实现鲁棒稳定性较高的视频传输,能够保证用户能够接收到基本的视频质量,同时又能在无线衰落信道中获得与其信道状态相关的尽可能好的视频质量。2)在A-HDAVT的模拟传输部分,我们提出基于信道预测的自适应功率失真优化(Channel Prediction based Adaptive Power Distortion Optimization, P-APDO)来对抗信道中的衰落与噪声,从而提高用户侧重建后的视频质量。每个视频组(Group of Pictures, GOP)中的运动帧被划分为视频块,其中块的大小由信道预测算法的预测范围决定;然后为划分后的视频块根据其对视频解码的重要性分配发送功率。最后通过P-APDO,为每个视频块中的子带根据其自身的内容特征与传输时的信道状态动态地分配发送功率,从而实现同时利用内容差异性与信道差异性来联合地优化传输过程,降低视频传输过程中的MSE失真。3)在多用户场景中,假设每个用户占用一个相互独立的子信道传输数据,并且给出了扩展版的P-APDO。在这种情况下,通过功率预分配和功率再分配,扩展版的P-APDO能够同时利用用户间的内容差异性和信道差异性来降低传输过程中的MSE失真。其中功率预分配根据所有用户的视频块的内容特征,为每个视频块分配相应的发送功率;功率再分配能够根据实时的信道状态和待发送的视频块的统计特征调整发送窗口中待发送的视频块间的发送功率。4)在衰落信道条件下,对A-HDAVT在单用户和多用户场景的性能分别进行了仿真,并与该领域最新的SoftCast, ParCast等方案进行了比较。仿真结果表明,我们提出的A-HDAVT在无线衰落信道拥有更好的传输性能。同时,我们也给出了A-HDAVT在不同用户移动性场景下的性能对比分析以及A-HDAVT处理信道波动的适应性的仿真分析。
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