基于效用优化的视频通信关键技术研究

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1、申请上海交通大学博士学位论文基于效用优化的视频通信关键技术研究论文作者李成林学号0090349031指导教师熊红凯教授专业通信与信息系统答辩日期2014年12月万方数据万方数据SubmittedintotalfulfilmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCommunicationandInformationSystemsResearchesonVideoCommunicationTechniquesBasedonUtilityOpti

2、mizationCLSupervisorProf.HXDEE,SEIEESJTUS,P.R.CDecember,2014万方数据万方数据上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文

3、中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据万方数据上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制

4、手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上方框内打“X”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据万方数据万方数据上海交通大学博士学位论文摘要基于效用优化的视频通信关键技术研究摘要随着视频编码技术的飞速发展，3G/4G移动无线通信网络的日益成熟，以及诸如智能手机、平板电脑等智能终端的广泛普及，视频通信业务得到了越来越广泛的应用。视频通信综合考虑了信源视频压缩编码技术以及编码后数据的传输这两个方面，同时对高效的视频压缩编解码以及

5、快速可靠的数据传输提出了具有挑战性的要求，即如何在视频通信系统以及异构的视频通信网络中保证诸如端到端视频失真、端到端延迟之类的视频通信业务服务质量。为了能够充分利用有限的计算、带宽、功耗等资源，以解决视频通信问题中的这一挑战，本文将具有良好压缩性能的先进视频编码技术与基于效用优化的网络传输控制有效融合，主要研究了基于效用优化的视频通信技术。按照传输场景以及相应视频编码方式由简单到复杂的顺序，本文逐层递进地解决了单信源单终端的端到端视频通信系统中的效用函数建模及码率优化控制、单信源多终端组播网络中的可伸缩视频

6、流多码率组播的码率优化分配、以及多信源多终端无线视频传感器网络中分布式信源视频信号采集的资源优化分配这三大类视频通信中的核心问题。相应地，本文的具体研究内容分为以下三个部分：首先，作为其它更为复杂的信源编码方式及网络拓扑结构中视频通信的基础，本文在简单的单信源单终端视频通信系统中，研究了端到端视频通信系统的效用函数建模以及基于效用优化的码率控制技术。这部分工作包含两个创新点。第一，单独对视频编码器的延迟-功耗-码率-失真（d-P-R-D）四维参数进行了联合建模，并且为视频编码器构建了能够对延迟、功耗、码率和

7、失真四维效用函数联合优化的码率控制算法，所提出的d-P-R-D效用模型以及基于d-P-R-D联合优化的码率控制算法为延迟和功耗受限的视频通信系统跨层设计以及性能优化提供了理论基础和实际指导。第二，将视频编码器的研究扩展到完整的端到端视频通信系统，分别分析了信源编码以及传输的延迟、码率和失真效用建模，并且通过考虑整个端到端延迟在不同延迟分量之间的分配构建了基于延迟-码率-失真（d-R-D）优化的码率控制算法，从而为传输码率和端到—i—万方数据基于效用优化的视频通信关键技术研究上海交通大学博士学位论文端延迟受限

8、的视频通信系统实现最小的视频端到端失真。其次，在更为复杂的单信源多终端视频通信系统中，本文按照从静态网络的理论假设到动态网络的实际场景的顺序，研究了视频组播网络中可伸缩视频流多码率组播的码率优化分配技术。这部分工作包含三个创新点。第一，针对静态网络特性的理论假设，对可伸缩视频流在有线、无线混合网络中的多码率组播进行效用优化建模，并且利用网络编码保证组播容量，从而使得各终端节点对分层视频流的接收能够满足可伸缩视频编