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随着无线通信技术和视频编码技术的进步,无线视频通信技术获得了前所未有的飞速发展,无线视频通信应用已经成为互联网上最具潜力的杀手级应用之一。但是,无线信道的时变、衰落特性和有限带宽限制,以及现有编码标准普遍采用预测编码等混合编码技术,这都使得无线视频传输面临分组丢失以及错误扩散等导致视频质量降低的问题。本文对基于视频内容感知的无线调度技术进行了研究,由于分组交换网络中视频数据被封装成分组进行传输,本文以视频分组的重要性衡量作为内容感知的基础,从分组打包策略以及调度技术优化这两个方面开展研究工作,在这些工作中强调考虑视频的内容特性,以便更有效地在不同重要性的视频数据之间合理分配资源,从而改善视频传输质量。
首先,考虑到编码后的视频通常根据需要划分成若干合适大小的分组进行传输,而前人提出的基于视频帧级别的失真衡量方法虽然计算简单,但是仅根据视频帧类型或者视频帧在图像组所处的位置来赋予视频帧的重要性,无法区分属于同一帧的分组可能具有不同的重要性。而基于像素级别视频失真度量方法,如ROPE等方法,需要在像素域进行递归计算,复杂度较高。本文提出了一种分组级别传输失真衡量模型。通过分析分组丢失造成的失真随着运动预测路径在时域和空域的扩散,模型利用运动参考率和瞬时失真来估计分组丢失引起的总传输失真。该衡量模型能够比较准确地反映出不同视频分组的传输失真和重要性,计算时所需要的参数可以直接在编码过程中提取,计算复杂度较低并且更加适用于当前的无线分组网络。
其次,除了预测编码引起错误扩散会加重分组丢失所造成的视频失真之外,分组大小和封装方式等也会影响到视频失真,本文研究了H.264视频分组的封装方式和大小对视频失真的影响,提出了一种基于内容感知的分组打包策略来增强已编码的H.264视频流在带宽受限、易错的无线信道下的传输性能。推导出了在不同码率和信道误比特率下,使得加权实际吞吐量最大的不同优先级分组的最优大小。该分组打包策略模型简单,具有较好的实用性,仿真结果表明基于内容感知的分组打包策略相比内容无关的组包策略最高有5.2dB的平均PSNR增益,最低也有0.8dB的平均PSNR增益。
最后,借助于分组级别的视频传输失真模型,研究了下行无线信道视频分组调度优化技术,通过基于视频内容感知的原则对视频流进行更为有效的调度。本文研究了无线环境下多用户视频流的调度问题,在充分考虑不同视频分组重要性和时延约束的基础上,结合下行无线信道的时变特征和资源分配上的灵活性,提出了一种基于梯度的失真和时限感知调度算法。实验结果表明本文所提出的算法相比传统的内容无关算法最大有4.3dB的平均PSNR增益。