复杂网络环境下JPEG2000图像传送的关键问题研究

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多媒体应用逐步成为移动网络业务的主体,如何在有限和不稳定的带宽、差错率较高的无线网络环境提供高质量的多媒体传输服务,是移动业务部署必须解决的问题。这其中涉及到多媒体数据压缩编码技术、多媒体数据访问、数据容错技术以及移动网络结构等领域的研究。 近些年来,除了传统的MPEG视频压缩编码技术的研究外,基于小波技术的JPEG2000系列也正在获得业界的重视。JPEG2000所独具的渐进传输机制、ROI编码、简单视频编码实现以及容错机制,在多个领域得到广泛的应用。 本文致力于研究JPEG2000图像在复杂网络环境下的高效传输,力求在复杂的移动网络中,使JPEG2000图像/视频的访问和传输效率得到一定的提高,并且兼容现有的应用和协议。本文最后结合研究的理论成果,建立一个无线视频监控网络模型,对研究成果进行验证,并提供相应的研究平台。 本文的创新点如下: 1.基于EBCOT码块模型,提出分离码块的概念,实现ROI编码。将包含ROI的区域分解为不同的逻辑模块,在率失真优化PCRD-opt算法框架下,根据ROI区域与背景区域的相对重要性,调整ROI码块的编码优先级,从而达到ROI编码的效果。这种算法利用PCRD-opt的码块组织算法,将ROI码块优先编码。同时,为了让解码器能够区分ROI码块和非ROI码块,算法对Packet头信息进行调整,在Packet中的tag树中对ROI码块和非ROI码块进行区分。与已有的算法相比,算法具有以下几个特点:能够在不传递ROI形状的基础上,实现ROI的精确分割;提供ROI与非ROI区域相对重要性的定义;使用码块选择实现ROI编码,避免了提升系数范围,不会影响编码率;调整率失真斜率后的码块截断点依旧通过PCRD-opt算法进行质量层安排,所以生成的质量层改善与标准码流趋势一致;算法的计算工作在小波系数空间进行,不对系数进行调整,所以算法非常适合部署在媒体码流转换节点。 2.基于码块的JPIP访问模型。JPIP定义了JPEG2000码流访问和传送的方法和模型。与传送的字节流传送方式相比,基于拼接块(Precinct)的多通道传送模型能够更好的提高传送效率。本文提出两种改进方案:IP-opt(IndependentPacket-Opt)和DA-JPIP(DynamicAssemble-JPIP),在JPIP的框架内,进一步提高传送的并发度和降低对缓冲区的使用。IP-opt在分析JPEG2000码流基本单元Packet间的依赖关系基础上,对PCRD-opt算法进行调整,创建具有一定独立性的Packet集合,提供码流的并发性;DA-JPIP延续IP-opt的思路,提出动态Packet生成的概念,在重传Packet结构中引入新的信息,描述重传码块扫描的位置,使得JPIP客户端能够对码块扫描重新排序,减少对缓存的使用。两种方案很好的利用了码流间的独立性,提高传送的并发性,减少了消息的重发开销。DA-JPIP动态的重组码流,实现基于码块的确认和重发,进一步增加码流传送的并发性,实现更加优化的码流传送。 3.平等PET传送方法。传统PET算法将待发送的数据包进行交织,然后分割,分割后的数据按照重要性的不同,使用不同保护等级的BS编码进行保护。平等PET算法根据JPEG2000图像的特点,数据重要性是随着传输过程变化的,使用多通道的PET传送模型,每个通道具有相同的保护级别,但通道的长度不一样,适应图像码流传送的事实,码流的重要性是在一直改变的。平等PET通过不同通道解码单元长度实现码流的非平等保护(UnequalErrorProtection,UEP),上层应用无须进行PET的优先级计算;算法使用统一的容错参数,能够根据网络信道的情况方便及时调整容错参数。 最后,围绕本文的研究内容,在OMNet++网络仿真平台基础上,建立了一个无线视频/图像传输模型,为上述创新点提供平台和实验环境。 仿真实验系统以802.11Wlan为网络环境,以建立一个无线视频监控网为目标系统,使用JPEG2000/MJPEG2000传送视频图像。在构建仿真系统过程中,本文针对Wlan终端漫游问题,提出一种基于IPinIP隧道的MobileIP网络架构。通过虚拟HomeAgent实现移动IP管理,ForeignAgent过滤终端的DHCP请求实现MobileIP的注册,从而实现与终端无关的MobileIP架构。同时,IPinIP使用避免的IP路由的更新和二层网络的广播问题。
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