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无线信道中的视频编码与传输技术研究

【摘要】: 当前,在无线信道或网络中提供对多媒体(包括话音、图像和数据等)业务的支持已成为一个研究热点。无线视频传输的实现必须要解决两大问题,其一是对视频数据进行高效的压缩以充分利用有限的信道带宽;其二是对压缩后的码流进行错误保护以抗击信道或网络所带来的误码或数据丢失。随着技术的进步,视频应用的平台由计算机和机顶盒扩展到手持设备,如个人数字助理和智能手机等,这对视频编解码的VLSI实现提出了新的要求(低功耗和低成本)。本文从视频编解码和无线传输过程中的多个角度出发,对无线信道中的视频编解码与差错控制技术进行了深入细致的研究。 本文的主要工作及取得的研究成果如下: 1.提出了一种基于PSNR的H.264基本单元码率控制方法。通过对H.264码率控制原理的分析,提出一种基于峰值信躁比(PSNR)的图像复杂度估计方法,与平均绝对差值(MAD)联合估计基本单元编码复杂度,使基本单元目标比特分配更为精确。进一步考虑到MAD线性预测模型计算复杂度高的缺点,利用图像的空间和时间相关性,提出一种加权预测模型的基本单元MAD预测方法。该加权模型通过省略参数更新过程以减少计算量,且与线性模型预测精度基本相当。 2.提出了一种应用在H.264中的多参考帧快速整像素运动估计算法。该算法通过有效地预测多参考帧中的搜索起始点和将菱形算法扩展到多参考帧情形,能在很大程度上降低多参考帧运动搜索的计算量。同以往快速算法相比,该算法在搜索速度和图像编码质量之间取得了更好的折衷,因而其整体性能更优,并且该算法易于硬件实现。 3.提出了一种H.264中基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)解码器的硬件设计方法。在采用并行结构的基础上,给出了一种高效的VLSI实现方案。采用两级有限状态机结构控制宏块解码过程,并通过对残差系数存储器的定时清零解决了数据存储耗时的问题,大大降低了解码控制的复杂度,从而提高解码速度,达到每时钟解出1至2比特。仿真结果表明,该方案能满足H.264 main profile4CIF 30fps码流实时解码的要求。 4.提出了一种针对分级视频流的无线信道传输自适应不等丢包保护方案。在估计当前网络可用带宽及丢包率的基础上,对视频流各层数据进行不等FEC保护及选择适当的传输层数以控制发送速率。为抑制传输误码扩散,提出基本层的FEC包分配算法,利用GOP中各帧之间的不同重要性对各基本层数据进行不等丢包保护,使解码端的失真度达到最小。实验结果表明该方案可大大增强分级视频数据的抗误码能力,明显改善视频流媒体的传输质量。 针对提出的所有算法,论文都通过大量的软件仿真、测试及与传统算法的比较来验证其有效性和先进性。

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