面向3G的可伸缩视频编码、分析和调度研究

随着第三代移动通信技术(3G)的高速发展，移动视频服务逐渐成为消费者和服务提供商的新宠。然而3G无线信道通常误码率高、带宽波动大、并且多用户共享带宽、带宽有限，因此难以为高数据量的视频传输提供可靠的服务质量保证，这就使面向3G的视频编码与传输研究成为一个极具挑战性的问题。视频的可伸缩编码与传输是解决上述问题的一个非常有希望的技术，但对此技术的研究，特别是基于包调度的率失真函数分析及其在3G信道联合调度的应用方面还不成熟，需要在理论和算法方面进行深入的研究。本项目将以最新的可伸缩视频编码标准(SVC)为起点，首先研究SVC增强层系数的增强编码模式，提高SVC编码的效率；然后对SVC率失真函数、漂移误差等进行分析，借以在信源端实现快速有效的优先级调度算法，并根据优先级排序结果得到基于包的码率-失真信息；最后在SVC信源分析基础上，结合实际的3G信道调度框架，实现用户最优的视频质量。

本项目对面向3G的可伸缩视频编码、调度等重要问题做了系统和深入的研究，取得的成果远远超过计划数量。项目期间共发表期刊和会议论文近20篇，其中4篇发表在TIP、TCSVT等本领域国际顶级期刊上；申请专利13项。所完成的研究和取得的成果主要体现在以下三方面：可伸缩视频的编码分析研究、可伸缩视频的调度和传输研究、可伸缩视频的标准研究和产业化。. 可伸缩视频的编码分析研究包括基础信源理论分析、快速率失真优化研究（RDO: Rate distortion optimization）和基于包的率失真建模三大部分。我们从经典信源理论出发，首先阐释了信源编码的本质规律，以提高SVC编码的效率，同时为一切视频编码技术和应用提供了根本性的理论参考；然后通过对SVC编码过程的深入分析设计了快速率失真优化算法，有效降低了SVC编码的复杂度；最后建立了基于包的率失真模型，实现了SVC信源质量的精确控制，为可伸缩视频的调度和传输研究奠定了基础。通过可伸缩视频的编码分析研究，我们实现了对SVC信源率失真信息的理解与描述。. 以上述率失真核心理论为依据，项目团队设计了SVC信源端的数据调度算法，并提出了可伸缩视频在无线信道传输过程中的保护策略。我们通过引入PID控制机制，对合适的反映调度状态的变量进行实时监控，从而灵活快速地对SVC信源质量进行反馈调节，根据带宽情况持续对信源质量进行优化。这不仅提高了平均视频质量，而且减小了视频质量波动，能提供较为平滑的观看体验。在我们提出的基于MIMO的可伸缩视频传输的非对称保护策略中，将不同的视频层调度到不同的天线上进行传输，同时针对每根天线，选择各自最佳的调制方式和信道编码速率，达到了最小化视频传输失真的目的。. 在可伸缩视频标准方面，项目负责人担任了国家数字音视频编解码标准AVS的可伸缩视频专题组的组长，带领专题组初步确立了AVS2可伸缩视频标准的总体框架和主要技术特点。我们提出的编码技术在AVC/SVC参考软件实现时效率提高了将近15%。华为公司主动找到我们，希望合作进行HEVC SVC的研究。在理论探索和研究的基础上，我们在本项目中还积极开展产业化工作。项目团队开发了7DLive可伸缩视频编码与传输系统，完成了支持PC及多种移动终端接入的流媒体系统。相关产品在CCBN2012上展示，并与算通、迅雷等公司合作推广，取得了一定的经济效益。