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

【摘要】：隨著無線網(wǎng)絡(luò)及無線終端設(shè)備的不斷發(fā)展,流媒體業(yè)務(wù)已成為無線通信領(lǐng)域當(dāng)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(dòng)性,也會(huì)造成無線信號(hào)的不均勻,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟包、延時(shí)等服務(wù)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(tái)的建立能夠?yàn)榭焖俣_的信號(hào)傳輸與重建提供幫助。本文主要針對(duì)流媒體的信源采樣、編碼、傳輸?shù)燃夹g(shù)方面存在的問題進(jìn)行研究。首先,在采樣領(lǐng)域?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn),在采樣時(shí)往往由于傳統(tǒng)的Nyquist采樣定理導(dǎo)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(fèi)。針對(duì)該問題,引入壓縮感知算法,并根據(jù)視頻信號(hào)自身的幀間冗余特性,設(shè)計(jì)了基于主成分變換的視頻壓縮感知算法,實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣與壓縮過程的同時(shí)進(jìn)行,使得采樣頻率大大降低。針對(duì)主成分分析過程中視頻信號(hào)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(jì)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(duì)視頻編碼技術(shù)中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法運(yùn)行研究與改進(jìn)。本文以H.264標(biāo)準(zhǔn)作為研究平臺(tái),對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的編解碼框架及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的分析研究。針對(duì)編碼器中最重要的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法,通過對(duì)典型塊匹配算法的優(yōu)缺點(diǎn)分析,提出改進(jìn)的自適應(yīng)十字模板搜索法(IARPS),針對(duì)搜索起始點(diǎn)不夠精確的問題,采用空間與時(shí)間相鄰塊結(jié)合作為宏塊預(yù)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(jì)數(shù)據(jù),確定以十字搜索為基礎(chǔ)的模板,減少搜索量,增大搜索精度,從而減少了運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的搜索點(diǎn)數(shù),提高了搜索效率,也就相當(dāng)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(duì)無線網(wǎng)絡(luò)多徑效應(yīng)引起的頻率選擇性衰落,使接收信號(hào)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(fù)用技術(shù)(OFDM)的傳輸系統(tǒng),解決頻率選擇性衰落的同時(shí),提高頻譜效率的利用。為了實(shí)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(yīng)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(duì)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(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)的構(gòu)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(duì)抗信道時(shí)延、碼間干擾及子載波間的干擾。最后,對(duì)流媒體服務(wù)質(zhì)量保障機(jī)制的自適應(yīng)差錯(cuò)控制算法進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了前向糾錯(cuò)冗余包根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載及無線信道狀態(tài)動(dòng)態(tài)改變的自適應(yīng)FEC算法,并針對(duì)現(xiàn)有理論的主次性計(jì)算過程導(dǎo)致的對(duì)信道狀態(tài)應(yīng)用不充分的問題,對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn),增加了無線信道狀態(tài)在FEC冗余包計(jì)算中的重要性,增強(qiáng)了信道利用率;針對(duì)現(xiàn)有理論利用線性函數(shù)計(jì)算導(dǎo)致的閾值點(diǎn)FEC冗余包變化過快,設(shè)計(jì)了基于余弦基的非線性閾值自適應(yīng)FEC控制算法。針對(duì)傳統(tǒng)流媒體編碼與傳輸實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的異構(gòu)性,采用Evalvid架構(gòu)與NS2仿真平臺(tái)的方式,建立了集信源編碼-信道傳輸-信號(hào)重建-服務(wù)質(zhì)量分析為一體的完整的流媒體仿真平臺(tái)。并利用該平臺(tái)檢驗(yàn)自適應(yīng)算法在不同信道差錯(cuò)模型下的差錯(cuò)控制性能,并對(duì)流媒體仿真平臺(tái)視頻傳輸進(jìn)行服務(wù)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(yīng)用價(jià)值,移動(dòng)流媒體仿真平臺(tái)的建立可以為移動(dòng)流媒體編碼與傳輸過程提供強(qiáng)有力的仿真與分析工具。部分研究成果可應(yīng)用到視頻圖像編碼壓縮、信號(hào)處理以及信號(hào)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN919.8

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本文編號(hào)：1723363