【摘要】：近年來,隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展以及視頻應(yīng)用市場的急劇擴張,使得視頻流已成為因特網(wǎng)中的主要傳輸對象。根據(jù)思科公司的預(yù)測,到2021年年底,視頻流量將占據(jù)因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸總量的將近82%。其中,作為一類重要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,監(jiān)控視頻也越來越廣泛的存在于社會生活之中,為人們的居住、出行、衛(wèi)生、生產(chǎn)等提供安全服務(wù)保障。同時,由于無線通信具有經(jīng)濟實用、靈活易用等優(yōu)點,各類無線通信技術(shù)以及相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展,使得無線頻段越來越擁擠,因此各國家的研究人員開始研究如何利用VHF和UHF頻段中數(shù)百MHz空閑的電視白頻譜(TVWS),且已有很多相關(guān)的研究成果。由于視頻的數(shù)據(jù)量相對較大的特性,視頻監(jiān)控系統(tǒng)從降低存儲和傳輸成本來考慮,需要利用監(jiān)控視頻的特點研究出高壓縮率的視頻編解碼算法,來減少數(shù)據(jù)視頻編碼數(shù)據(jù)量。而且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及云系統(tǒng)的流行,用戶希望能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)實時遠程查看寬視角的高清監(jiān)控視頻,因此需要研究效率更高、可靠性更好的視頻傳輸方案,保證視頻質(zhì)量并滿足用戶需求。而對于使用TVWS進行物聯(lián)網(wǎng)(IoT)環(huán)境下的視頻傳輸,由于免執(zhí)照用戶可以免費使用開放頻段,但要面對激烈的競爭,無法保證視頻傳輸質(zhì)量,因此出現(xiàn)了可以短時間租用的高優(yōu)先級頻段(HPC)的概念,引出需要研究均衡視頻質(zhì)量、租金花費以及視頻幀組(GoP)傳輸時延的傳輸策略問題。本文針對以上三個具體需求展開相關(guān)研究工作,分別做出了以下貢獻:1)提出了基于結(jié)構(gòu)相似度(SSIM)的監(jiān)控視頻編解碼方案。解決了在監(jiān)控場景經(jīng)常變化情況下的視頻編碼優(yōu)化問題。由于SSIM參數(shù)主要是比較圖像間的結(jié)構(gòu)相似性,因此能夠用它在編碼時找到某幀圖像的合適參考幀以減少背景冗余。首先通過統(tǒng)計實驗驗證了使用SSIM值大的幀作為編碼幀的參考幀時,可以獲得更高的壓縮效率。再基于此提出參考幀選擇算法,為編碼幀選擇合適的參考幀以提高編碼效率。并加入?yún)⒖紟彺?實現(xiàn)了基于SSIM的編解碼方案。仿真實驗結(jié)果顯示,提出的編解碼方案比現(xiàn)有編碼標準節(jié)省編碼數(shù)據(jù)量,有更高的編碼效率,且即使對于非監(jiān)控視頻,也能達到不差于現(xiàn)有編碼標準的編碼效果。2)本文提出了基于無線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控視頻實時傳輸方案RSVTS,可實現(xiàn)寬視角高清視頻的無線實時遠程查看,以滿足視頻監(jiān)控用戶的需求。RSVTS采用多個攝像頭視頻拼接的方式實現(xiàn)了寬視角、高分辨率的實時視頻傳輸,編解碼采用了前述提出的視頻編解碼方案減少視頻數(shù)據(jù)量,在編解碼器兩端都采用了參考幀緩存技術(shù)增加可選參考幀的數(shù)量,并相應(yīng)提出并實現(xiàn)了參考幀更新算法選擇合適的參考幀,傳輸?shù)耐瑫r考慮了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),實現(xiàn)了通過無線網(wǎng)絡(luò)的高清監(jiān)控視頻實時傳輸方案。通過搭建的仿真實驗平臺測試其性能,結(jié)果顯示比常規(guī)無線監(jiān)控視頻傳輸方案在編碼數(shù)據(jù)量和視頻質(zhì)量上都有明顯的改善。3)提出了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于電視白頻譜(TVWS)視頻傳輸方案TVDS,由于TVWS中有可付費租用的高優(yōu)先級頻段HPC存在,因此在視頻質(zhì)量要求確定時,花費及發(fā)送延遲之間可以有一個權(quán)衡關(guān)系。因此提出多個視頻調(diào)度策略算法,為用戶提供各類均衡花費、延遲、視頻質(zhì)量的視頻調(diào)度傳輸策略。首先基于已有研究提出的TVWS頻譜管理使用框架,建立了視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型和TVWS頻譜使用狀態(tài)模型,并對傳輸策略問題進行了數(shù)學(xué)描述。再根據(jù)不同的使用情況提出在線花費最小化算法、在線延遲最小化算法、離線花費最小化算法和離線延遲最小化算法等四個傳輸策略算法。最后實現(xiàn)了基于TVWS視頻傳輸方案TVDS。仿真實驗結(jié)果顯示TVDS方案能夠提供靈活有效的視頻調(diào)度傳輸策略,并且能夠達到發(fā)送延遲、花費、視頻質(zhì)量的指標均衡。
【圖文】：

為了減少上述的這些冗余以節(jié)省視頻存儲空間及傳輸帶寬，需要采用預(yù)測、逡逑變換、掃描、量化、熵編碼等編碼技術(shù)消除各類冗余，這些壓縮編碼技術(shù)的使用逡逑如圖２－１所示。預(yù)測技術(shù)的原理是尋找當前像素點的相關(guān)己編碼像素點，再計算逡逑預(yù)測值和實際值之差，實際只需傳輸很小的差值。預(yù)測分為幀內(nèi)預(yù)測逡逑（Ｉｎｔｒａ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）和頓間預(yù)測（Ｉｎｔｅｒ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ），分別用來消除空間冗余和時逡逑間冗余。幀內(nèi)預(yù)測是根據(jù)當前編碼像素點周圍像素點的值，來預(yù)測當前像素點的逡逑值，而幀間預(yù)測是在相鄰幀間找像素點來預(yù)測；然后計算得到實際值和預(yù)測值之逡逑間的差值，并對差值進行記錄編碼。幀間預(yù)測相對更復(fù)雜，幀間預(yù)測包括單向預(yù)逡逑測、雙向預(yù)測、重疊塊運動補償，其中雙向預(yù)測在實時視頻傳輸時一般不能采用，逡逑因為會引入較大的編碼延時。只使用幀內(nèi)預(yù)測進行編碼的幀圖像稱為Ｉ邋（幀內(nèi)預(yù)逡逑測）幀，用前向預(yù)測編碼的幀圖像稱為Ｐ幀，用雙向預(yù)測編碼的幀圖像稱為Ｂ幀。逡逑而對于預(yù)測時前景物體的運動變化

１９８４邋１９８６邋１９８８邋１９９０邋１９９２邋１９９４邋１９９６邋１９９８邋２０００邋２００２邋２００４邋２００６邋２００８邋２０１０邋２０１２邋２０１４邋２０１６邋２０１８邋２０２０逡逑圖２－２視頻壓縮編碼標準發(fā)展歷史逡逑圖２－２顯示了迄今為止出現(xiàn)的主要的視頻壓縮編碼標準的發(fā)展歷史。１９８８年逡逑發(fā)布的Ｈ．２６１編碼標準是視頻壓縮編碼領(lǐng)域的一個里程碑，從它開始后續(xù)的視頻逡逑編碼方法大都采用的是基于波形的混合編碼方法。Ｈ．２６１［１２］標準的主要目標是用逡逑于視頻會議和可視電話等高實時性、低碼率的應(yīng)用場合。在Ｈ．２６１發(fā)布以后，逡逑ＭＰＥＧ組織開始負責(zé)制定用于視頻信息存儲、廣播電視、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葢?yīng)用場合的逡逑編碼標準，于１９９２年發(fā)布了ＭＰＥＧ－１標準［１３］，視頻碼率為１．２－１．５Ｍｂ／ｓ，，ＶＣＤ（Ｖｉｄｅｏ逡逑Ｃｏｍｐａｃｔ邋Ｄｉｓｋ）中保存的即是ＭＰＥＧ－１標準壓縮的視頻。１９９０－１９９４年間，聯(lián)合視逡逑頻專家組合作開始制定ＭＰＥＧ－２標準［⑷，其中的視頻部分也就是Ｈ．２６２標準，視逡逑頻碼率達到了邋１．５－６０Ｍｂ／ｓ，常見的ＤＶＤ光盤存儲的數(shù)據(jù)就是ＭＰＥＧ－２視頻編碼數(shù)逡逑１５逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.8

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳褒丹;任佳;莫惠芳;;南海環(huán)境下基于白頻譜的WLAN超遠距離覆蓋[J];電視技術(shù);2014年11期

2 姚海鵬;張智江;劉韻潔;;異構(gòu)架構(gòu)下物聯(lián)網(wǎng)頻譜規(guī)劃研究[J];電信技術(shù);2012年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 張賢國;基于背景模型的監(jiān)控視頻編碼研究[D];北京大學(xué);2013年

2 趙丹丹;視頻編碼中碼率控制算法研究[D];上海交通大學(xué);2012年

3 劉雪冬;面向視覺監(jiān)控的視頻壓縮研究[D];華中科技大學(xué);2009年

本文編號：2614586