视频传输跨层前向纠错技术研究

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1、视频传输跨层前向纠错技术研究ResearchonCross-LayerForwardErrorCorrectionforVideoTransmission学科专业：信息与通信工程研究生：许建明指导教师：侯永宏副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要随着无线互联网与智能终端的飞速发展，通过无线网络传输实时视频信息的场景越来越多。在无线环境中，视频传输通常受到遮挡物，环境，天气以及信号自身衰减的影响，从而导致数据包丢失。前向纠错技术利用源数据编码产生冗余数据，而接收端可以通过接收到的冗余数据恢复丢失的源数据。由于无线网络中的带宽资源是有限的，因此为了进一步

2、提高接收视频质量，需要合理地分配带宽资源。目前最流行的视频压缩编码标准H.264以及最新的H.265，它们的核心思想之一都是通过预测编码来消除视频数据在时间和空间上的冗余度，以达到数据压缩的效果。由于这种预测编码结构，压缩产生的码流数据具有不等重要的特点，比特流中不同位置的数据丢失在接收端对重建视频的质量会造成不同程度的影响。因此不等差错保护通常和前向纠错结合，以此在带宽一定的情况下提供更优的保护。跨层前向纠错方案能够有效地分配有限的带宽资源，目前已经被广泛地应用于易错无线信道的视频传输。本文提出了一种用于在无线信道中并且带宽受限的情况下H.264/AVC视频传

3、输的近似最优跨层前向纠错方案。该方案在物理层和应用层分别使用了速率兼容删除卷积码（RateCompatiblePuncturedConvolutionalcodes,RCPC码）和Raptor码。首先，为了充分利用视频数据的不等重要性，本文根据各个编码数据包对重建视频质量的影响，为其分配不同的重要等级。然后，通过理论分析得到了在理想情况下的最优视频传输方案，该方案能够根据当前信道状况和可用带宽资源在物理层和应用层之间进行最优的资源分配，保障最重要的数据符号尽可能多的得到正确传输以最大限度提高接收端重建视频质量。最后，本文提出了一个启发式搜索算法，用于从理想情况下

4、的最优点开始搜索，得到可用于实际情况的近似最优点。仿真实验结果表明，与前人的工作相比，本文提出的方案在加性高斯白噪声信道以及瑞利衰落信道下能够为接收端提供更好的视频质量。关键词：跨层前向纠错H.264/AVC速率兼容删除卷积码Raptor码ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmobileInternetandtheintelligentterminals,thereisanincreasingdemandforthereal-timetransmissionofvideooverwirelessnetworks.Inwireless

5、networks,videotransmissionqualityisusuallyaffectedbyobstacles,surroundings,weatherandsignalattenuation,leadingtoseverepacketlosses.Forwarderrorcorrectionaddsredundancytothesourceinformation,andthereceivercanusethisredundancytorecoverthelostdata.Sinceawirelessnetworkisoflimitedbandwid

6、th,thereasonableallocationofbandwidthisneededforfurtherimprovementofvideoqualityatthereceiver.Today’smostwidelyusedvideocodingstandardH.264andthenewgenerationcodingstandardH.265aimtomaximizecompressionefficiencythroughpredictivecoding,whichcreatesstrongspatio-temporaldependencyanddif

7、ferentprioritiesamongdifferentvideopackets.Thelossofdifferentvideopacketsleadstodifferentdistortioninthereconstructedvideo,thusFEC-basedvideotransmissionisusedinconjunctionwithunequalerrorprotectiontoachievebettervideoquality.Cross-layerForwarderrorcorrectioncanallocatethelimitedband

8、widthmoreeff