基于網(wǎng)絡編碼的多媒體傳輸技術研究.pdf

1、多媒體技術是當今信息技術領域發(fā)展迅速和活躍的技術之一,是新一代電子技術發(fā)展和競爭的焦點。隨著通信網(wǎng)絡基礎設施的發(fā)展,多媒體(包括數(shù)據(jù)、視頻等信息)業(yè)務在網(wǎng)絡通信中占據(jù)越來越重要的地位。然而,由于通信網(wǎng)絡不能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸,特別是無線網(wǎng)絡信道存在的衰落和干擾會導致信息傳輸過程中受到隨機錯誤和突發(fā)錯誤的影響,導致多媒體信息在網(wǎng)絡中傳輸時會發(fā)生誤碼或數(shù)據(jù)包丟失等傳輸錯誤,因此設計魯棒的多媒體(尤其是視頻)傳輸方案和有效的差錯控制機制是目前

2、多媒體傳輸必須解決的問題；而且,新一代網(wǎng)絡應用技術(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備互聯(lián)互通,因此如何在具有異構性的網(wǎng)絡中設計有效的多媒體傳輸方案是亟待解決的問題之一。綜上所述,如何在新網(wǎng)絡技術的應用下提高多媒體信息的傳輸效率,保證多媒體業(yè)務的QoS是多媒體通信領域研究的關鍵問題。
　　 網(wǎng)絡編碼已被證明可以使網(wǎng)絡端到端的信息流量達到信道容量的上限(最大流最小割定理)；另一方面,可分級視頻編

3、碼是一種適合于異構網(wǎng)絡視頻流傳輸?shù)木幋a技術。網(wǎng)絡編碼和可分級視頻編碼的結合是解決上述多媒體傳輸問題的重要手段。本文從基于網(wǎng)絡編碼的多媒體傳輸技術入手,對數(shù)據(jù)及視頻流的網(wǎng)絡通信問題中的若干關鍵技術進行深入的研究,并取得了一些成果,這將對下一代網(wǎng)絡多媒體傳輸技術的實現(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.提出一種基于隨機線性網(wǎng)絡編碼(RINC)的可分級視頻編碼(SVC)視頻流魯棒性傳輸系統(tǒng)方案

4、。通過對SVC碼流分級原理的分析,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。進一步結合RLNC分布傳輸方法和SVC分層方法的優(yōu)點,從視頻流打包、傳輸和延遲三個方面對SVC視頻特性進行了研究,并分別導出了其特性表達式,設計了適合于SVC碼流傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包結構、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。
　　 2.提出一種基于隨機線性網(wǎng)絡編碼的可分級視頻碼流的網(wǎng)絡傳輸不等錯誤保

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

6、無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包重傳方法,它們在基站分別以最小傳輸次數(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,再傳輸采用機會式網(wǎng)絡編碼方法生成的組合重傳包,在終端從收到的單個或多個組合重傳包中恢復丟包。提出的方法有效地減少數(shù)據(jù)包的傳輸次數(shù),并提高無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的傳輸效率。
　　 4.在引入一種無線單跳網(wǎng)絡廣播傳輸模型的基礎上,提出三種無線網(wǎng)絡廣播傳輸?shù)膶嵱盟惴?分別是隨機算法、哈希算法和直接算法。它們采用不同的策略選擇多個丟包編碼組合成

7、重傳包,并通過從編碼組合數(shù)據(jù)包中恢復丟包的方式來提高廣播傳輸?shù)耐掏铝啃?其中隨機算法簡便實用,哈希算法性能好、復雜度低,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。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_到基于機會式網(wǎng)絡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無線通信網(wǎng)絡,例如WiMAX和LTE網(wǎng)絡。
　　 5.提出一種基于網(wǎng)絡編碼的無線視頻流混合自動重傳(HARQ)方法。該方法在基站采用網(wǎng)

8、絡編碼技術依次組合不同終端的未恢復數(shù)據(jù)包,使多個終端可以較快的恢復其數(shù)據(jù)包,提高終端收到數(shù)據(jù)包的效率和單位時間內(nèi)重建視頻的質(zhì)量。提出的算法結合了FEC方法和基于網(wǎng)絡編碼ARQ方法的優(yōu)點,給出了FEC最優(yōu)編碼冗余的計算方法和分級視頻流數(shù)據(jù)包的編碼方法,該方法不但能有效地提高無線廣播吞吐量,而且提高了視頻的重建質(zhì)量,適用于無線網(wǎng)絡視頻流的傳輸。
　　 針對提出的所有算法,論文都通過大量的軟件仿真、測試及與相關算法的比較來驗證其有效性