软自适应无线视频传输的研究

Today’s video communication system is composed of core networks and wireless access network. The core networks is more reliable than wireless network, hence the wireless access network becomes the bottleneck of the system performance. Conventional wireless transmission is based on Shannon’s source and channel coding separation principle. The source compression and channel protection is independently designed which can be capacity achieving for general data, e.g text data. However, image or video is quite different from text data which is inherently robust to visual distortion. Conventional transmission based on independent design cannot utilize this advantage and result in lower efficiency. In this research, we will try to design completely new image/video transmission scheme to achieve high efficiency by utilizing this feature. Moreover, we have observed that there are lots of side information in the cloud which can be also utilized to improve the system efficiency. Three key issues in joint source and channel coding based video transmission system will be tackled through this research. First, how to achieve soft adaptation in multi-user transmission with heterogeneous video content. Second, how to achieve soft adaptation with low delay. Second, how to achieve soft adaptation in heterogeneous MIMO system.

图像视频通信系统通常由有线传输网络和无线接入网络组成。有线网络通常是由服务器、路由器和光纤组成，可靠性较高；而无线接入则可靠性较低，通常是系统性能的瓶颈。传统无线传输方法基于香农信源信道独立原理，信源压缩与无线传输独立设计。对于普通数据而言，理论上等价于联合信源信道方法。然而，图像视频数据与普通数据不同，它具有视觉失真可容忍的特点。传统方法无法充分利用此特点，导致传输效率较低。本课题从联合信源信道的角度，研究如何利用视觉失真可容忍特性，设计无线图像视频传输方法，从而实现高效的传输。另外，云环境中具有丰富的群体性信息，为进一步提高传输效率提供可能性。通过本课题的研究，将解决联合信源信道无线图像视频传输中尚未解决的三个问题。第一，如何实现多用户视频内容异构的软自适应传输；第二，如何实现低延迟软自适应视频传输；第三，如何实现天线异构系统的软自适应视频传输。

基于视频数据的传输方式，软自适应无线视频传输主要分为两类，伪模拟传输和数字模拟混合传输。针对不同的问题，我们选择了相应的视频传输方式以简化研究结论的表示形式，但研究结论具有普适性，可以扩展应用到另一种传输方式上。.在伪模拟传输方面，首先，我们研究了上行带宽受限条件下提高图像质量的问题。基于云端存储得图像相关性，我们提出了DAC-Mobi，具有两方面技术创新，陪集编码和云数据协助下的图像去噪。其次，我们研究了下行多用户共享带宽问题。我们从以下三个不同的优化多用户的资源分配：1）最小化总失真；2）最小化最大失真；3）最小化平方根失真和。另外，我们还研究了非理想信道估计导致的乘性噪声问题。通过对信道估计误差和端到端失真进行了深入的分析，推导出乘性噪声功率随着越来越多的信道使用次数可以被降低，并提出一个最优带宽和功率分配无编码视频传输方法。 .在数模混合传输方面，首先，针对广义高斯分布的图像视频信号，我们设计了新的混沌函数和模拟编码方案。在提高模拟编码增益的同时，尽量降低功率惩罚。与现有的混沌编码方案相比，其功率损失很小，同时在译码性能上有显著的性能提升。其次，我们提出了用于信源分离的预测模型。基于预测模型可以计算模拟部分的失真。在此基础上针对叠加编码的混合数模传输方案，对数字部分与模拟部分资源分配进行建模分析，实现混合数模最优资源分配。将伪模拟传输与数字传输进行有机的结合，弥补单独的无线数字传输和伪模拟传输的不足。最后，我们设计了针对天线异构场景的多天线混合数模传输方案。通过将信源分离为基本层和增强层，相对于传统的数字视频通信方案，信源的失真部分以增强层的形式被传输。增强层的数据采用多相似描述编码，构造针对模拟信号的空时编码码本，使得配备了不同天线数量的接收端能够重建与自身天线数量相匹配的视频质量。