[01456676]无线网络多媒体传输模型与性能优化

以无线视频为代表的无线多媒体通信业务将是下一代无线网络的主体业务，并呈现出迅猛发展趋势，网络带宽供求矛盾日趋尖锐，无线网络的发展面临重大挑战。为实现在任何时间、任何地点提供话音、图像、视频等多种媒体业务的目标，高性能的无线网络多媒体传输面临一系列亟待攻克的理论难题和技术瓶颈。由于缺乏对多媒体信源的本质特征与无线网络传输性能优化的关系机理等基础性问题的研究，传统的无线网络多媒体通信系统往往采用简单的“多媒体+通信”模式，导致网络带宽等设计过冗余但整体传输性能并不能得到保证，瓶颈难题尤为突出。长期以来，多媒体通信的实时性、无线网络资源的利用率及系统实现的复杂度等方面的综合优化一直是困扰国内外学者的复杂理论与系统设计难题。该项目针对高性能无线多媒体通信理论和技术进行了长期的前瞻性基础研究，旨在探索一套有效的模型方法和分析求解数学理论，从而定量描述系统的关键性能参数，从理论上指导无线网络多媒体传输方法与算法的优化设计。取得的重要理论成果如下：(1)为解决无线多媒体动态传输性能难以直接定量描述的难题，开创性地提出了基于多媒体最小数据单元(MinimumDataUnit,MDU)的传输模型和有限状态马尔可夫信道模型(Finite-StateMarkovModel,FSMM)，系统地建立了MDU差错概率分析求解数学理论与无线多媒体传输优化准则及方法，简化了不同传输条件无线信道综合建模和算法优化求解的复杂性，为复杂电磁环境下无线多媒体传输的性能评估及优化提供了强有力的数学基础，带动了通信系统性能评估、复杂电磁环境信道建模、基于信号空间映射的多维信号检测等新的研究分支，成为该项目最具代表性的学术成就之一。(2)揭示了多媒体信源的空间相关性与无线传输信道的时间相关性的优化匹配机理，提出了基于随机块交织的预编码、联合信源信道译码、差错隐藏等一系列基础方法和算法，系统建立了无线网络多媒体容错匹配传输框架，突破了传统方法基于独立不相关假设而形成的“多媒体+通信”模式，提高了传输效率，通信传输性能逼近理论极限，同时实现了传输效率、可靠性、以及实现复杂度的综合优化。与传统方法相比，恶劣传输条件下多媒体接收质量之峰值信噪比(PeakSignalNoiseRatio，PSNR)增益提高10dB左右，为国际最好水平，得到国际同行高度认可。(3)为解决无线网络多媒体传输系统级的性能评价与优化设计问题，创建了端到端服务质量(QualityofService，QoS)分层映射传输理论框架，提出了多媒体自适应传输和网络资源分配策略、信源分层编码与跨层优化方法，以及兼顾可靠性和实时性的友好传输协议(TCP-FriendlyProtocol，TFP)模型与自适应快速编码算法，显著提高了无线网络资源的利用率，为实现多媒体数据在时变有干扰的无线网络环境中高效、实时、流畅传输提供了一系列具有普遍意义的模型方法和优化算法。该项目总计发表论文430篇，SCI收录107篇，其中ProceedingsofIEEE(IF:6.155)3篇，IEEEJSAC(IF:5.445)13篇，IEEECSVT(IF:2.837)14篇，两篇论文获最佳期刊论文奖，三篇论文获最佳会议论文奖。共被SCI他引1486次，8篇代表性论文被SCI他引336次，授权发明专利10项，得到了国内外同行广泛正面的评价。基于该项目优化方法的专利技术在载人航天工程等项目中获得重要应用。该项目所提出的理论、模型和优化方法将对未来无线视频、移动多媒体系统及下一代无线网络的优化设计具有重要的指导意义。