實現(xiàn)復雜度控制的信源信道聯(lián)合編碼研究.pdf

1、伴隨著無線移動通信技術的快速發(fā)展，應用在無線移動環(huán)境下的多媒體通信業(yè)務已經(jīng)成為第三代以及第四代移動通信發(fā)展的核心。與此同時，目前無線多媒體終端處理器相對臺式機或?qū)I(yè)設備在處理能力上的不足，以及處理器功耗約束性問題已成為限制移動多媒體業(yè)務發(fā)展的主要障礙。本文在國家863項目“數(shù)字音視頻編碼、傳輸、測試與應用示范”（No.2002AA119010）和武漢市青年科技晨光計劃項目“無線多媒體通信的聯(lián)合功率率失真模型研究”（No.20045006

2、071-18）的共同資助下，研究無線多媒體通信在處理器功耗約束條件下的信源信道聯(lián)合編碼技術和復雜度控制模型，目的是通過面向功率控制的信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)的建立、相關技術及其復雜度模型的提出和聯(lián)合功率控制策略的設計，達到在移動終端處理器功率約束或變化條件下，定量調(diào)節(jié)信源、信道編解碼的復雜度，使視頻數(shù)據(jù)在終端處理器功率約束下經(jīng)無線信道傳輸后的質(zhì)量盡可能達到最優(yōu)。論文首先設計了功率可控的信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)并建立了編解碼系統(tǒng)的時間復雜度原型。

3、與現(xiàn)有的僅考慮信源編碼功耗開銷的終端編碼系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)綜合考慮了在終端算法復雜度和處理器功耗間存在抑制與平衡關系的信源編碼、信道編碼和差錯控制三方面，由信源編解碼子系統(tǒng)、聯(lián)合信道保護子系統(tǒng)和復雜度控制子系統(tǒng)三部分組成，并論證了各編碼子系統(tǒng)基本技術方案的先進性。隨后，由功率和算法復雜度的對應關系，明確了實現(xiàn)功率控制的手段是控制算法的復雜度，定義算法的時間復雜度作為衡量各系統(tǒng)復雜度的物理參量以屏蔽實現(xiàn)方法的多樣性。通過對各子系統(tǒng)相關技術算

4、法時間復雜度相對系統(tǒng)時間復雜度的統(tǒng)計，初步建立了信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)中信源編解碼、信道編解碼和差錯控制的參數(shù)化復雜度控制原型，明確了影響算法復雜度的主要技術環(huán)節(jié)和控制參量，并簡要分析了信源信道聯(lián)合功率控制的實現(xiàn)策略和算法復雜度優(yōu)化設計的方法。在信源編碼子系統(tǒng)的研究中，提出了高性能、復雜度可控的空域伸縮性視頻編碼系統(tǒng)(ComplexityandSpatialityScalableVideoCoding，CSSVC)，與現(xiàn)有的空域伸縮性編碼

5、實現(xiàn)方式相比，本系統(tǒng)將低頻域壓縮性能優(yōu)越的H.264編碼技術和高頻域的帶內(nèi)預測技術相結合，具有優(yōu)越的編碼性能和與H.264完全兼容的伸縮性碼流。同時，針對高頻子帶系數(shù)的近隨機分布特征，論證了原型系統(tǒng)主要編碼技術的選擇及有效性，設計的基于ODWT的參考子帶重建和運動補償方法以及提出的高頻子帶殘差系數(shù)的優(yōu)化重排序方法、高頻子帶5模式優(yōu)化幀內(nèi)預測和自適應的運動估計與補償?shù)燃夹g改進，使本CSSVC系統(tǒng)取得了超過H.264MainProfile全

6、分辨率時0.04dB的系統(tǒng)性能，主觀質(zhì)量也更優(yōu)，這一性能在國際處于領先地位。在技術改進的同時，對每一技術改進都進行了復雜度的定性分析，研究了針對不同處理能力的復雜度伸縮性技術方案，并通過理論分析、特征統(tǒng)計和實驗測試較完整的驗證了各項技術改進的有效性和性能。在聯(lián)合信道保護子系統(tǒng)的研究中，構建了復雜度可控的混合信道編碼與差錯控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的信道保護機制相比，本系統(tǒng)針對非理想的反饋信道，提出了一種綜合利用混合自動重傳（HybridAutom

7、aticRepeatreQuest，HARQ）I型和III型優(yōu)點的混合獨立重傳自解碼的HARQ新類型，通過實際無線通信環(huán)境的實驗仿真，對發(fā)送端和接收端自動重傳（AutomaticRepeatreQuest，ARQ）協(xié)議的四個控制參數(shù)：數(shù)據(jù)重傳次數(shù)、數(shù)據(jù)重傳延時、響應重傳次數(shù)和響應重傳延時進行優(yōu)化分析，得到一套更適應于無線環(huán)境的HARQ控制參數(shù)。與通用的HARQ機制相比，優(yōu)化的HARQ機制具有更低的端到端時延和更強的穩(wěn)定性。此外，針對無線

8、終端的處理能力，詳細論述了聯(lián)合信道保護的復雜度控制策略。論文建立了信源編解碼的參數(shù)化復雜度模型，對運動估計、參考重建、幀內(nèi)預測、變換量化和CABAC（Context-AdaptiveBinaryArithmeticCoding）等主要技術環(huán)節(jié)復雜度比例關系進行了分析，采用理論分析和系統(tǒng)實測的方法為殘差系數(shù)重排序、幀內(nèi)預測和運動估計與補償?shù)确矫娴募夹g改進方案進行了詳細的復雜度定量分析，并明確了如幀內(nèi)預測模式、幀間預測模式、編碼子帶數(shù)、非零

9、塊所占比例和量化參數(shù)等控制參量對信源編解碼的復雜度控制能力，以及不同編解碼方案時編解碼器復雜度的自身和相對變化情況，并通過實驗驗證了理論分析模型的正確性。對所建立RCPT碼的參數(shù)化復雜度編解碼模型，著重分析了交織、RSC（RecursiveSystematicCode）編解碼和解交織等主要技術環(huán)節(jié)對編解碼復雜度的影響；建立混合信道編碼和差錯控制的復雜度模型，修正了聯(lián)合信道保護的復雜度原型。綜合討論信源信道聯(lián)合功率控制策略，從信源、信道和