能量受限的无线视频编码技术研究

随着无线通信技术的发展，无线视频通信获得了广泛应用，但是由于大部分采用电池供电，系统储备的电能非常有限，因此研究能量受限的无线视频技术逐渐成为一个热点。本项目将对无线视频通信中的功耗性能进行分析，对能量消耗较大的视频编码、解码和传输部分进行功耗建模，利用复杂度失真理论对经典率失真理论进行扩展，确立能量受限条件下的率失真理论，以此作为无线视频通信系统设计和性能优化的理论指导。.主要研究内容包括：(1)研究视频编码的复杂度管理技术，根据给定的复杂度要求实现率失真性能最优的视频编码，在此基础上再研究视频编码器的功耗管理技术,建立能量受限条件下的率失真模型；(2)研究视频解码计算复杂度预测技术，实现低功耗视频解码；(3)研究无线视频通信系统的跨层功耗优化技术，从硬件、操作系统、应用层和算法四个层面联合进行功耗优化，力求在满足性能的条件下使整个无线视频通信系统的功耗性能达到最优。

随着无线移动通信技术的崛起、无线网络带宽的不断提高以及具有多媒体处理能力的移动终端的普及，应用在无线移动环境下的多媒体通信业务已经成为第三代以及第四代移动通信技术发展的核心。与此同时，目前无线多媒体终端处理器相对台式机或专业设备在计算处理能力上的不足，以及处理器功耗约束性问题已成为限制移动多媒体业务发展的主要障碍。本项目分析了典型的视频编码系统的编码能耗机制，并把能量消耗引入到传统的视频编码率失真分析框架中，提出了一种参数化的功耗-码率-失真三维分析模型，并通过 AVC/H.264 视频编码器验证了该三维模型的准确性，目的是将该功耗-码率-失真模型作为无线移动环境下视频通信以及终端系统设计和性能优化的理论指导，从而保证在终端功率受限的约束情况下，尽可能延长终端使用时间，使视频数据达到视频质量、信道带宽和功率耗损动态平衡的最优，为解决视频编码系统的最优化参数配置和资源分配提供一种新的理论和方法。.主要工作如下：.一. 首先由功耗与编码算法复杂度的对应关系，明确了实现功耗控制的手段是控制算法的复杂度，定义算法的时间复杂度作为实际功耗的表征参量。然后重点分析了典型视频编码系统的主要技术模块，以及这些技术模块对编码功耗的影响，通过将各编码主要技术模块的功耗模型化，建立了一参数化的视频编码器功耗模型，并选取码率和帧内刷新率作为该模型的主要控制参数。.二. 分析了视频编码器的率失真特性，选取了一性能优良的率失真模型，并将建立的功耗模型引入到该率失真模型中，建立起功耗-码率-失真三维分析模型。.三. 在该三维模型框架内，分析了视频编码器功耗、码率、失真三者之间的对应关系，讨论了该三维模型的优化控制问题。在该功耗-码率-失真模型框架下，视频编码器优化问题主要集中为：一是在给定的编码功耗层级上，寻求最优的控制参数，使得编码后的失真最小；二是在一定的失真层级上，选取最优的控制参数，使得编码处理的功耗最小。