基于視頻混合數(shù)字模擬傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線視頻傳輸系統(tǒng)經(jīng)歷了從模擬電視年代到數(shù)字電視年代的轉(zhuǎn)變，這其中發(fā)生過一系列偉大的技術(shù)革新。特別在香農(nóng)提出信源信道分離理論后，數(shù)字編碼技術(shù)獲得長足的發(fā)展。在這樣的背景下，無線視頻傳輸方案主要是由兩部分組成的，分別是分離的視頻壓縮編碼部分和數(shù)字信道編碼部分。這種基于數(shù)字的分離信源信道編碼方案已經(jīng)被證明在點對點的通信場景下能獲得最高的編碼效率。近年來，無線網(wǎng)絡(luò)與移動終端技術(shù)正在經(jīng)歷一個快速發(fā)展的階段，一些新興的無線視頻服務(wù)也變得越來越受歡迎

2、，例如移動電視，無線視頻會議以及無線視頻監(jiān)控等一系列應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的分離編碼理論已經(jīng)不能適用于這些應(yīng)用，主要是因為懸崖效應(yīng)(cliff effect)。為了抵抗懸崖效應(yīng)，近期出現(xiàn)的模擬視頻編碼因為由一系列線性運算構(gòu)成的，具有接收質(zhì)量的信道自適應(yīng)性特性。然而，在編碼效率上，模擬編碼是遠遠不如數(shù)字編碼的。因此，考慮將數(shù)字編碼技術(shù)與模擬編碼技術(shù)結(jié)合起來，就可以彌補兩者的弊端，獲得編碼效率和質(zhì)量可伸縮性的最優(yōu)權(quán)衡，這就是混合數(shù)模編碼(HDA)

3、的優(yōu)勢。
　　然而，雖然視頻混合數(shù)字模擬編碼已經(jīng)有很多出色的工作，但目前依舊存在諸多問題尚未解決，需要更進一步的探究。第一點，現(xiàn)有的HDA方案大多考慮的都是理想情況的加性高斯白噪聲信道(AWGN)，而實際的信道比AWGN要復(fù)雜得多，特別是考慮了信道增益的衰落信道，這種情況下該如何設(shè)計混合數(shù)模編碼方案呢？第二點，在考慮實際的通信環(huán)境中，合作與混合數(shù)模編碼相結(jié)合是一種有效的通過空間分集來提高通信魯棒性的途徑，從而提高視頻的接收質(zhì)量。然

4、而目前的研究對于基于合作通信的混合數(shù)模編碼中的相關(guān)技術(shù)缺乏理論的分析，例如如何選取陪集編碼的步長來獲得最大化性能收益，這些問題迫切地需要解決;第三點，現(xiàn)有的絕大多數(shù)視頻或者圖像編碼方案都是以消除統(tǒng)計冗余達到均方失真最小化為目標?？墒侨藗冊絹碓揭庾R到均方誤差并不能很好地反映圖像的感知視覺質(zhì)量，這是因為感知視覺質(zhì)量是與人類視覺系統(tǒng)(HVS）緊密相關(guān)的。如何設(shè)計編碼方案將人類視覺系統(tǒng)與模擬編碼相結(jié)合，既可以獲得最佳的視覺感知質(zhì)量，又能獲得質(zhì)量

5、可伸縮性？
　　本文主要研究混合數(shù)模編碼技術(shù)在無線視頻通信中的具體應(yīng)用。全文首先介紹了模擬編碼和混合模擬編碼的基礎(chǔ)知識，繼而開始對上述存在的一些實際問題提供解決方案，具體內(nèi)容和貢獻包括以下三個方面:
　　(1)本文提出了一種在瑞利衰落信道下的混合數(shù)字模擬編碼方案。該方案利用分層編碼思想將數(shù)字編碼和模擬編碼有效結(jié)合，在質(zhì)量可伸縮性和編碼效率上達到了較好的平衡。與AWGN信道下的HDA方案不同，本文提出的方案更加實際，考慮了信道

6、增益。實驗仿真表明本文所提出的編碼方案不僅在編碼效率上優(yōu)于現(xiàn)有最先進的編碼方案，而且可以實現(xiàn)無線傳輸下的可伸縮視頻編碼(SVC)。
　　(2)本文提出了一種基于合作的混合數(shù)模編碼方案。該方案能夠在合作場景下充分利用源端到中繼端、源端到終端以及中繼端到終端三種信道間的關(guān)系，在帶寬和能量受限的條件下有效提高了接收端的接收質(zhì)量。除此之外，本文推導(dǎo)出總體失真的具體表達式，并從中分析出陪集編碼(coset coding)中最佳量化系數(shù)的選取