基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多媒體傳輸技術(shù)研究.pdf

1、多媒體技術(shù)是當(dāng)今信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅速和活躍的技術(shù)之一,是新一代電子技術(shù)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。隨著通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展,多媒體(包括數(shù)據(jù)、視頻等信息)業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)通信中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。然而,由于通信網(wǎng)絡(luò)不能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸,特別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道存在的衰落和干擾會(huì)導(dǎo)致信息傳輸過(guò)程中受到隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤的影響,導(dǎo)致多媒體信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生誤碼或數(shù)據(jù)包丟失等傳輸錯(cuò)誤,因此設(shè)計(jì)魯棒的多媒體(尤其是視頻)傳輸方案和有效的差錯(cuò)控制機(jī)制是目前

2、多媒體傳輸必須解決的問(wèn)題；而且,新一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)(物聯(lián)網(wǎng),泛在網(wǎng))的興起,使更多的具有不同帶寬、丟包率等性能的終端或設(shè)備互聯(lián)互通,因此如何在具有異構(gòu)性的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)有效的多媒體傳輸方案是亟待解決的問(wèn)題之一。綜上所述,如何在新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用下提高多媒體信息的傳輸效率,保證多媒體業(yè)務(wù)的QoS是多媒體通信領(lǐng)域研究的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　 網(wǎng)絡(luò)編碼已被證明可以使網(wǎng)絡(luò)端到端的信息流量達(dá)到信道容量的上限(最大流最小割定理)；另一方面,可分級(jí)視頻編

3、碼是一種適合于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻流傳輸?shù)木幋a技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)編碼和可分級(jí)視頻編碼的結(jié)合是解決上述多媒體傳輸問(wèn)題的重要手段。本文從基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多媒體傳輸技術(shù)入手,對(duì)數(shù)據(jù)及視頻流的網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的研究,并取得了一些成果,這將對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)多媒體傳輸技術(shù)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。
　　 本文的主要工作及取得的研究成果如下:
　　 1.提出一種基于隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼(RINC)的可分級(jí)視頻編碼(SVC)視頻流魯棒性傳輸系統(tǒng)方案

4、。通過(guò)對(duì)SVC碼流分級(jí)原理的分析,建立一種分層碼流的狀態(tài)模型并提出一種分層碼流的數(shù)據(jù)分割方法。進(jìn)一步結(jié)合RLNC分布傳輸方法和SVC分層方法的優(yōu)點(diǎn),從視頻流打包、傳輸和延遲三個(gè)方面對(duì)SVC視頻特性進(jìn)行了研究,并分別導(dǎo)出了其特性表達(dá)式,設(shè)計(jì)了適合于SVC碼流傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)、碼流組織方法和碼流傳輸算法,提出的算法可以有效地提高視頻流重建質(zhì)量并降低傳輸延時(shí)。
　　 2.提出一種基于隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼的可分級(jí)視頻碼流的網(wǎng)絡(luò)傳輸不等錯(cuò)誤保

5、護(hù)算法。在表示可分級(jí)視頻碼流傳輸順序的狀態(tài)模型的基礎(chǔ)上,提出分層碼流失真的計(jì)算方法并推導(dǎo)出了其近似計(jì)算公式,在一定丟包率的限制下,采用局部率失真優(yōu)化方法,提出一種隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)包傳輸系統(tǒng)的適用于可分級(jí)視頻碼流的不等錯(cuò)誤保護(hù)算法,該算法通過(guò)采用高效的分級(jí)碼流失真分析和計(jì)算方法,有效地提高了視頻傳輸?shù)男屎鸵曨l重建質(zhì)量。
　　 3.提出基于機(jī)會(huì)式網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸算法。在研究機(jī)會(huì)式網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了兩種適用于單跳

6、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包重傳方法,它們?cè)诨痉謩e以最小傳輸次數(shù)下限和最大組合數(shù)據(jù)包數(shù)為約束條件選擇編碼數(shù)據(jù)包,再傳輸采用機(jī)會(huì)式網(wǎng)絡(luò)編碼方法生成的組合重傳包,在終端從收到的單個(gè)或多個(gè)組合重傳包中恢復(fù)丟包。提出的方法有效地減少數(shù)據(jù)包的傳輸次數(shù),并提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的傳輸效率。
　　 4.在引入一種無(wú)線單跳網(wǎng)絡(luò)廣播傳輸模型的基礎(chǔ)上,提出三種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)廣播傳輸?shù)膶?shí)用算法,分別是隨機(jī)算法、哈希算法和直接算法。它們采用不同的策略選擇多個(gè)丟包編碼組合成

7、重傳包,并通過(guò)從編碼組合數(shù)據(jù)包中恢復(fù)丟包的方式來(lái)提高廣播傳輸?shù)耐掏铝啃?其中隨機(jī)算法簡(jiǎn)便實(shí)用,哈希算法性能好、復(fù)雜度低,直接算法可降低數(shù)據(jù)包傳輸?shù)难舆t,適用于視頻業(yè)務(wù)。在一定條件下,提出的算法都可以使廣播傳輸?shù)钠骄鶄鬏攷掃_(dá)到基于機(jī)會(huì)式網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方法的最佳值。以上三種算法適用于目前及第四代移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò),例如WiMAX和LTE網(wǎng)絡(luò)。
　　 5.提出一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線視頻流混合自動(dòng)重傳(HARQ)方法。該方法在基站采用網(wǎng)

8、絡(luò)編碼技術(shù)依次組合不同終端的未恢復(fù)數(shù)據(jù)包,使多個(gè)終端可以較快的恢復(fù)其數(shù)據(jù)包,提高終端收到數(shù)據(jù)包的效率和單位時(shí)間內(nèi)重建視頻的質(zhì)量。提出的算法結(jié)合了FEC方法和基于網(wǎng)絡(luò)編碼ARQ方法的優(yōu)點(diǎn),給出了FEC最優(yōu)編碼冗余的計(jì)算方法和分級(jí)視頻流數(shù)據(jù)包的編碼方法,該方法不但能有效地提高無(wú)線廣播吞吐量,而且提高了視頻的重建質(zhì)量,適用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻流的傳輸。
　　 針對(duì)提出的所有算法,論文都通過(guò)大量的軟件仿真、測(cè)試及與相關(guān)算法的比較來(lái)驗(yàn)證其有效性