遙在機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和視頻傳輸優(yōu)化算法.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步,遙在機(jī)器人(Telepresence Robot)逐漸能夠代替人類,從事遠(yuǎn)距離或危險(xiǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)操作。在遙在機(jī)器人系統(tǒng)中,操作端的視頻質(zhì)量決定著操作者對(duì)于當(dāng)前的遙操作效果的滿意程度。由于網(wǎng)絡(luò)的不確定性,特別是帶寬受限,時(shí)延,抖動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,會(huì)嚴(yán)重影響操作端的視頻質(zhì)量和操作者的操控性,給實(shí)時(shí)的遙操作帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。此外,遙在機(jī)器人系統(tǒng),具有不同于視頻會(huì)議系統(tǒng)的特點(diǎn),機(jī)器人由于本身的移動(dòng)特性,捕獲的視頻流運(yùn)動(dòng)

2、劇烈,數(shù)據(jù)量大;機(jī)器人所處地點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)情況各異,操作者和機(jī)器人之間的帶寬變化較大;機(jī)器人相機(jī)視野中的目標(biāo)物信息也會(huì)影響操作者對(duì)于視頻質(zhì)量的要求。所以,對(duì)遙在機(jī)器人系統(tǒng)操作端視頻質(zhì)量的研究就具有更重要的意義。
　　針對(duì)遙在機(jī)器人系統(tǒng)操作端的視頻質(zhì)量問(wèn)題,首先進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的探討。本文設(shè)計(jì)了基于FLASH的遙在機(jī)器人系統(tǒng)和基于WebRTC的遙在機(jī)器人系統(tǒng),比較了兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和不足,經(jīng)過(guò)分析選擇了基于FLASH的遙在機(jī)器人系統(tǒng)作為視頻

3、優(yōu)化算法的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　其后,本文提出了一種基于QoE的遙在機(jī)器人系統(tǒng)視頻參數(shù)優(yōu)化算法。首先結(jié)合網(wǎng)絡(luò)遙在機(jī)器人的移動(dòng)性和相機(jī)視野中目標(biāo)物的速度信息,對(duì)遙在機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行視頻參數(shù)的辨識(shí),以計(jì)算網(wǎng)絡(luò)和用戶的QoE值,并建立優(yōu)化函數(shù),利用多目標(biāo)優(yōu)化方法,對(duì)影響QoE指標(biāo)的視頻參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,從而達(dá)到提高操作端視頻質(zhì)量的目的。最后的用戶體驗(yàn)測(cè)試表明,該優(yōu)化算法在不同的受限帶寬下能夠降低視頻傳輸?shù)膩G包率并能提高操作端視頻質(zhì)量,改善操控體驗(yàn)。

4、
　　針對(duì)WebRTC的遙在機(jī)器人系統(tǒng),本文設(shè)計(jì)了傳輸速率的測(cè)試實(shí)驗(yàn)和視頻質(zhì)量的測(cè)試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明WebRTC系統(tǒng)相對(duì)于FLASH系統(tǒng)具有較低的傳輸速率和較高的視頻質(zhì)量。最后,針對(duì)兩種系統(tǒng)進(jìn)行了廣域網(wǎng)上的測(cè)試實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了在廣域網(wǎng)的條件下,WebRTC系統(tǒng)比FLASH系統(tǒng)具有更高的視頻質(zhì)量和操控性。
　　本文研究的內(nèi)容概述如下:
　　1.首先對(duì)兩種遙在系統(tǒng)進(jìn)行了介紹,分別給出了它們的設(shè)計(jì)目標(biāo)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并總結(jié)了兩種系統(tǒng)的

5、優(yōu)勢(shì)和不足。
　　2.對(duì)QoE理論進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,并給出了遙在系統(tǒng)的QoE的計(jì)算方法。分析了遙在系統(tǒng)的QoE的優(yōu)化問(wèn)題,針對(duì)QoEN和QoEU,分別給出了優(yōu)化方法,并歸納出算法流程圖
　　3.針對(duì)優(yōu)化算法中的不確定參數(shù),進(jìn)行了遙在系統(tǒng)視頻參數(shù)的辨識(shí),描繪出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變量對(duì)視頻參數(shù)的關(guān)系,并給出了辨識(shí)的結(jié)果和應(yīng)用。
　　4.分別設(shè)計(jì)了QoE優(yōu)化算法測(cè)試實(shí)驗(yàn)和WebRTC系統(tǒng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。