随着通信技术的飞速发展和无线网络的广泛部署,移动设备的视频播放量持续增长,无线多媒体传输技术也逐渐成为研究热点。然而,传统无线视频传输框架的不足之处愈发明显。主要是因为其视频源编码层和信道编码层是分离的,且被证明仅在点对点通信中是最优的,无法有效地为多用户分配资源并保证视频传输质量。为解决该问题,非编码无线视频传输框架被提出来,对传输过程的信源编码和信道编码进行跨层联合优化,利用线性信号处理方法,为用户提供与其信道状况成正比的视频接收质量。同时,这里也考虑了非正交多址技术在视频传输系统中的应用,通过多用户信号复用和资源联合分配,来增强系统性能。现有的工作在对无线多媒体通信的跨层优化技术研究上已经取得了一定进展,但依然存在不足之处。首先,无线信道在实际传输场景下是时刻波动的,导致用户视频接收质量不佳。其次,多用户通常处于不同的信道状态且存在对传输资源的竞争,导致其资源分配问题复杂度高,很难得出最优方案,尤其是当给视频传输系统引入了非正交多址技术。因此,设计新型非编码视频传输框架和多用户资源分配方法,对信源编码层和信道编码层进行跨层联合优化,增强资源利用效率,是提升无线多媒体通信系统性能的关键环节。本文围绕无线多媒体通信的跨层优化涉及的相关理论与方法,进行了问题分析、方法研究、仿真实验等系统性工作,旨在突破现有技术水平限制,实现高质量的无线视频传输。主要包括如下研究内容。（1）提出了一个基于多时隙的非编码视频传输框架,利用时间和频率的多样性,实现了多时隙传输资源的优化分配,提高了用户的视频接收质量。（2）提出了一个非编码多用户视频传输框架,利用多用户视频内容和其信道状况的多样性,实现了多用户资源的合理分配,提高了用户的均方误差性能。（3）提出了一个基于非正交多址技术的非编码多用户视频传输框架,解决了多用户的数据复用和资源联合优化分配问题,实现了较优的多用户视频传输性能。（4）提出了一个用于非正交多址系统的回合制深度强化学习策略,解决了该系统中高复杂度的多用户资源联合分配问题,实现了接近理论最优的系统性能。