动态自适应的可伸缩视频流媒体组播编码-传输联合优化

To support the increasing development of smart mobile devices and the increasing demand on video services, we aim to investigate the Scalable High Efficiency Video Coding (SHVC) and the Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH), to propose the joint SVC-DASH video coding framework which is able to adapt to different user demands and network dynamics, and to study the joint coding and transmission optimization of video multicast. More specifically, the theoretical models of encoder quality of service (QoS) metrics versus the source coding parameters are developed, in order to control the source coding rate-distortion-delay of the bit stream. Through the adjustment of the source coding parameters based on the network condition and the historical user bandwidth, the optimal source coding scheme is achieved. We also formulate the rate resource allocation optimization problem for multiple users, with which each user can choose optimal scalable video layers with quality of experience (QoE) guarantee. By using dynamic routing, the next hop relay node in the network is dynamically selected for the video packet at each node, which promises the maximum network multicast throughput. This project is founded on the combinatorial area of signal processing and network information theory, and the achievements could favor the ongoing researches on video coding and video transmission.

本申请项目为适应日益推广的智能移动设备、以及日益增长的视频业务需求，通过对新一代高性能可伸缩视频编码（SHVC）标准和动态自适应流媒体（DASH）技术的研究，提出能够同时适配不同终端用户的差异化需求以及网络的动态异构特性的SVC-DASH联合编码器框架，以研究视频流组播的编码-传输联合优化。具体而言，构建编码器的服务指标与信源编码参数之间的理论模型，实现对输出码流码率-失真-延迟性能的适配控制。根据网络和用户的历史带宽情况对编码器的编码参数进行调控，实现基于用户反馈的最优信源编码方案。结合用户体验指标对用户的实际可伸缩视频接入层数进行选择，实现最优的码率资源分配方案。通过动态路由机制为视频数据包在网络中的实际传输实现动态的路由选择和转发，以最大化组播网络的视频数据包吞吐量。本项目从实际应用中抽象出科学问题，涉及信号处理、网络信息论的基础，预期的理论和技术成果有助于视频编码和传输技术的发展。

本项目研究了可伸缩视频编码与动态自适应视频流媒体技术的联合编码与传输框架，在视频编码、缓存、传输与路由方面，提出了新的技术、算法和描述体系，为视频在网络应用中的编码-传输联合优化，提供了理论基础和应用实例。主要理论与技术创新包括：动态自适应视频流媒体的编码端码率控制与版本选择方法、异构文件传输系统的最优分布式编码缓存方案、动态自适应流媒体多码率视频版本编码和传输的边缘服务器分布式缓存放置最优化方法、基于机会路由和网络编码技术的联合动态码率分配、路由选择及无线传输调度优化传输方案、无线多跳网络中基于强化学习的机会路由传输方案等。研究成果包括：发表重要学术论文8篇（其中IEEE Transactions论文3篇，知名国际会议论文5篇）；获2项授权国家发明专利，申请国家发明专利5项，申请PCT国际发明专利2项；参加4次国际学术会议；获上海市技术发明奖一等奖、中国电子学会技术发明二等奖、中国专利优秀奖、IEEE VCIP前10%论文奖等学术奖励。