面向3G的可伸縮視頻編碼、分析和調度研究

《面向3G的可伸縮視頻編碼、分析和調度研究》是依託北京大學，由孫俊擔任負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向3G的可伸縮視頻編碼、分析和調度研究
• 項目負責人：孫俊
• 項目類別：青年科學基金項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

隨著第三代移動通信技術(3G)的高速發展，移動視頻服務逐漸成為消費者和服務提供商的新寵。然而3G無線信道通常誤碼率高、頻寬波動大、並且多用戶共享頻寬、頻寬有限，因此難以為高數據量的視頻傳輸提供可靠的服務質量保證，這就使面向3G的視頻編碼與傳輸研究成為一個極具挑戰性的問題。視頻的可伸縮編碼與傳輸是解決上述問題的一個非常有希望的技術，但對此技術的研究，特別是基於包調度的率失真函式分析及其在3G信道聯合調度的套用方面還不成熟，需要在理論和算法方面進行深入的研究。本項目將以最新的可伸縮視頻編碼標準(SVC)為起點，首先研究SVC增強層係數的增強編碼模式，提高SVC編碼的效率；然後對SVC率失真函式、漂移誤差等進行分析，藉以在信源端實現快速有效的優先權調度算法，並根據優先權排序結果得到基於包的碼率-失真信息；最後在SVC信源分析基礎上，結合實際的3G信道調度框架，實現用戶最優的視頻質量。

結題摘要

本項目對面向3G的可伸縮視頻編碼、調度等重要問題做了系統和深入的研究，取得的成果遠遠超過計畫數量。項目期間共發表期刊和會議論文近20篇，其中4篇發表在TIP、TCSVT等本領域國際頂級期刊上；申請專利13項。所完成的研究和取得的成果主要體現在以下三方面：可伸縮視頻的編碼分析研究、可伸縮視頻的調度和傳輸研究、可伸縮視頻的標準研究和產業化。可伸縮視頻的編碼分析研究包括基礎信源理論分析、快速率失真最佳化研究（RDO: Rate distortion optimization）和基於包的率失真建模三大部分。我們從經典信源理論出發，首先闡釋了信源編碼的本質規律，以提高SVC編碼的效率，同時為一切視頻編碼技術和套用提供了根本性的理論參考；然後通過對SVC編碼過程的深入分析設計了快速率失真最佳化算法，有效降低了SVC編碼的複雜度；最後建立了基於包的率失真模型，實現了SVC信源質量的精確控制，為可伸縮視頻的調度和傳輸研究奠定了基礎。通過可伸縮視頻的編碼分析研究，我們實現了對SVC信源率失真信息的理解與描述。以上述率失真核心理論為依據，項目團隊設計了SVC信源端的數據調度算法，並提出了可伸縮視頻在無線信道傳輸過程中的保護策略。我們通過引入PID控制機制，對合適的反映調度狀態的變數進行實時監控，從而靈活快速地對SVC信源質量進行反饋調節，根據頻寬情況持續對信源質量進行最佳化。這不僅提高了平均視頻質量，而且減小了視頻質量波動，能提供較為平滑的觀看體驗。在我們提出的基於MIMO的可伸縮視頻傳輸的非對稱保護策略中，將不同的視頻層調度到不同的天線上進行傳輸，同時針對每根天線，選擇各自最佳的調製方式和信道編碼速率，達到了最小化視頻傳輸失真的目的。在可伸縮視頻標準方面，項目負責人擔任了國家數字音視頻編解碼標準AVS的可伸縮視頻專題組的組長，帶領專題組初步確立了AVS2可伸縮視頻標準的總體框架和主要技術特點。我們提出的編碼技術在AVC/SVC參考軟體實現時效率提高了將近15%。華為公司主動找到我們，希望合作進行HEVC SVC的研究。在理論探索和研究的基礎上，我們在本項目中還積極開展產業化工作。項目團隊開發了7DLive可伸縮視頻編碼與傳輸系統，完成了支持PC及多種移動終端接入的流媒體系統。相關產品在CCBN2012上展示，並與算通、迅雷等公司合作推廣，取得了一定的經濟效益。