本文選題：移動流媒體　切入點：壓縮感知　出處：《哈爾濱工程大學》2014年博士論文

【摘要】：隨著無線網(wǎng)絡及無線終端設備的不斷發(fā)展,流媒體業(yè)務已成為無線通信領域當前以及未來發(fā)展的重要方向。但是由于流媒體信源本身龐大的數(shù)據(jù)量,而無線信道的帶寬有限,受噪聲干擾及尺度衰落的影響程度大,再加上終端的移動性,也會造成無線信號的不均勻,從而導致數(shù)據(jù)丟包、延時等服務質(zhì)量的降低。因此信源的壓縮編碼、信道的穩(wěn)定傳輸以及完整仿真平臺的建立能夠為快速而精確的信號傳輸與重建提供幫助。本文主要針對流媒體的信源采樣、編碼、傳輸?shù)燃夹g方面存在的問題進行研究。首先,在采樣領域?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進行壓縮算法的研究。由于流媒體的主要信源-視頻數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大的特點,在采樣時往往由于傳統(tǒng)的Nyquist采樣定理導致采樣數(shù)據(jù)的更為龐大,而后期在視頻編碼部分又要將冗余盡量消除,這樣造成了大量的資源浪費。針對該問題,引入壓縮感知算法,并根據(jù)視頻信號自身的幀間冗余特性,設計了基于主成分變換的視頻壓縮感知算法,實現(xiàn)信號采樣與壓縮過程的同時進行,使得采樣頻率大大降低。針對主成分分析過程中視頻信號的協(xié)方差矩陣較大造成數(shù)據(jù)溢出問題,提出了基于GHA的視頻壓縮算法,利用壓縮感知的測量矩陣的大小確定算法的稀疏度,即主成分的數(shù)量,解決了計算巨大的完整協(xié)方差矩陣的問題并提高了系統(tǒng)效率。其次,對視頻編碼技術中的運動估計算法運行研究與改進。本文以H.264標準作為研究平臺,對該標準的編解碼框架及關鍵技術進行深入的分析研究。針對編碼器中最重要的運動估計算法,通過對典型塊匹配算法的優(yōu)缺點分析,提出改進的自適應十字模板搜索法(IARPS),針對搜索起始點不夠精確的問題,采用空間與時間相鄰塊結(jié)合作為宏塊預測的初始參考,并采用變步長的搜索方法。而在搜索模板上,摒棄傳統(tǒng)類圓式模板更精確的想法,依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),確定以十字搜索為基礎的模板,減少搜索量,增大搜索精度,從而減少了運動估計算法的搜索點數(shù),提高了搜索效率,也就相當于提高了編碼效率。接著,開展了流媒體的OFDM傳輸系統(tǒng)研究。針對無線網(wǎng)絡多徑效應引起的頻率選擇性衰落,使接收信號出現(xiàn)碼間干擾造成的通信性能下降問題,建立了基于正交頻分復用技術(OFDM)的傳輸系統(tǒng),解決頻率選擇性衰落的同時,提高頻譜效率的利用。為了實現(xiàn)流媒體的OFDM傳輸,首次提出以H.264 NALU為傳輸單元,并依據(jù)NALU內(nèi)數(shù)據(jù)比特自適應確定OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)建立流媒體的OFDM傳輸系統(tǒng)。針對傳統(tǒng)的基于FFT的OFDM系統(tǒng)抗干擾性差的問題,采用正交小波包函數(shù)實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的構建,利用小波包函數(shù)良好的互正交性及自正交性,更好地對抗信道時延、碼間干擾及子載波間的干擾。最后,對流媒體服務質(zhì)量保障機制的自適應差錯控制算法進行了研究,設計了前向糾錯冗余包根據(jù)網(wǎng)絡負載及無線信道狀態(tài)動態(tài)改變的自適應FEC算法,并針對現(xiàn)有理論的主次性計算過程導致的對信道狀態(tài)應用不充分的問題,對算法進行了改進,增加了無線信道狀態(tài)在FEC冗余包計算中的重要性,增強了信道利用率;針對現(xiàn)有理論利用線性函數(shù)計算導致的閾值點FEC冗余包變化過快,設計了基于余弦基的非線性閾值自適應FEC控制算法。針對傳統(tǒng)流媒體編碼與傳輸實現(xiàn)平臺的異構性,采用Evalvid架構與NS2仿真平臺的方式,建立了集信源編碼-信道傳輸-信號重建-服務質(zhì)量分析為一體的完整的流媒體仿真平臺。并利用該平臺檢驗自適應算法在不同信道差錯模型下的差錯控制性能,并對流媒體仿真平臺視頻傳輸進行服務質(zhì)量分析。本文的研究成果具有重要的理論研究意義和工程應用價值,移動流媒體仿真平臺的建立可以為移動流媒體編碼與傳輸過程提供強有力的仿真與分析工具。部分研究成果可應用到視頻圖像編碼壓縮、信號處理以及信號傳輸?shù)阮I域。
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【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN919.8

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