可伸縮視頻編碼與基于P2P視頻傳輸技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)和視頻編碼技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用越來(lái)越影響人們的生活方式。例如，視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播(Video-on-Demand，VoD)、視頻監(jiān)控等應(yīng)用。
　　 然而要在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸視頻數(shù)據(jù)，對(duì)視頻編碼算法，網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等方面又提出了諸多挑戰(zhàn)。其一，由于網(wǎng)絡(luò)自身的異構(gòu)性和服務(wù)質(zhì)量(Quality-of-Service，QoS)的不確定性，使得帶寬波動(dòng)和誤碼、丟包等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生；其二，由于不同的視頻應(yīng)用對(duì)視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量、時(shí)

2、延、可交互性等要求也不同，所以要求傳輸?shù)囊曨l碼流在服務(wù)質(zhì)量QoS 方面具有靈活的可適應(yīng)性；其三，不同的客戶端具有不同的帶寬接入能力和視頻解碼播放能力，這就要求傳輸?shù)囊曨l碼流具有相應(yīng)的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)以方便客戶端的數(shù)據(jù)接收和解碼；其四，在視頻數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，需要根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)健康狀況和應(yīng)用服務(wù)的特定性要求，選擇最方便快捷的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，以保證視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。
　　 所有上述問(wèn)題的核心在于要求視頻編碼和網(wǎng)絡(luò)傳輸能結(jié)合在一起，并在一

3、定網(wǎng)絡(luò)條件下最大限度的滿足客戶端多種多樣的應(yīng)用需求。最新的以H.264/AVC(Advanced Video Coding)為基礎(chǔ)的可伸縮性視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)(Scalable Video Coding,SVC)和基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Peer-to-Peer，P2P)技術(shù)的視頻傳輸機(jī)制就是這樣的兩項(xiàng)非常有希望的技術(shù)。本文以網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用系統(tǒng)為研究框架，同時(shí)從系統(tǒng)中的視頻編碼模塊和視頻傳輸模塊入手，較深入地展開(kāi)兩方面研究：1)支持空域可伸縮性的視頻編碼相

4、關(guān)算法，為降低層間上采樣濾波運(yùn)算量，研究其中的層間上采樣濾波方案，為進(jìn)一步拓展層間預(yù)測(cè)技術(shù)，研究適用于增強(qiáng)層上的擴(kuò)展幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法；2)基于P2P技術(shù)的視頻流傳輸算法，針對(duì)當(dāng)前在非對(duì)稱速率信道上進(jìn)行P2P 視頻傳輸時(shí)所存在的實(shí)際問(wèn)題，研究在多服務(wù)節(jié)點(diǎn)、單請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的傳輸模式下基于P2P的視頻流快速傳輸算法。具體的研究工作和內(nèi)容如下：
　　 從網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用系統(tǒng)的角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)作了功能模塊劃分。詳細(xì)闡述了系統(tǒng)中關(guān)于視頻編碼和視

5、頻傳輸模塊的理論基礎(chǔ)，包括傳統(tǒng)的視頻編碼技術(shù)、可伸縮視頻編碼技術(shù)、SVC 標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵技術(shù)以及P2P 視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議和性能參數(shù)。
　　 研究了空間可伸縮視頻編碼的上采樣濾波方案。在總結(jié)當(dāng)前圖象插值算法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一種簡(jiǎn)單高效的區(qū)別圖象分量的上采樣濾波方案。該方案結(jié)合人眼視覺(jué)系統(tǒng)的基本特性，綜合考慮采樣精度和濾波運(yùn)算量?jī)煞矫嬉蛩?，設(shè)計(jì)了三種不同復(fù)雜度的上采樣濾波器，分別用于圖象中不同分量的上采樣濾波。通過(guò)對(duì)所有測(cè)試

6、圖象序列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案均能夠在保持良好的編碼性能基本不變的前提下，大大降低濾波運(yùn)算量。
　　 研究了空間可伸縮視頻編碼的幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼算法。在總結(jié)當(dāng)前幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合可伸縮性視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)SVC 中的層間預(yù)測(cè)原理，提出了一種適用于空間增強(qiáng)層的擴(kuò)展幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法。新算法以H.264/AVC 中的幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法為基礎(chǔ)加以擴(kuò)展，自適應(yīng)的在本層鄰塊數(shù)據(jù)和基本層對(duì)應(yīng)塊解碼重構(gòu)數(shù)據(jù)之間選擇最佳的數(shù)據(jù)組合作為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)源，用來(lái)

7、預(yù)測(cè)編碼當(dāng)前宏塊。特別是在本層鄰塊數(shù)據(jù)無(wú)法獲取的情況下，利用基本層解碼重構(gòu)數(shù)據(jù)作為擴(kuò)展預(yù)測(cè)源，使得幀內(nèi)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)精度明顯提高。測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能提高編碼性能，同時(shí)沒(méi)有額外增加編碼的計(jì)算復(fù)雜度。
　　 研究了基于P2P的視頻流數(shù)據(jù)傳輸算法。在總結(jié)當(dāng)前基于P2P的視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了P2P 視頻傳輸技術(shù)和非對(duì)稱速率信道的各自特點(diǎn)，建立了一個(gè)傳輸模型，用于描述服務(wù)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、上傳速率與節(jié)點(diǎn)下載速率之間的關(guān)系。