摘 要

在网络普及的互联网时代，逐渐流行起网络直播，视频、语音通话以及在线的网络游戏等，这些应用推动形成了巨大的市场，刺激着网络容量和速度等的不断创新。但是由于带宽有限，传输过程中也都会或多或少的出现数据的丢失，因而如何在高度动态的网络条件下为用户保证最佳的体验是目前亟待解决的问题。同时，多媒体服务也在众多的消费领域中快速普及，例如视频聊天、语音聊天、视频流等。正是由于这种这会人群的巨大需求的推动，网络向更大的带宽，更高的速度发展，这使得各种多媒体业务得到技术上的支持，例如在大型网络游戏、语音与视频聊天以及3D视频流等中，为用户提供了高质量的身临其境般的体验。

在面向用户体验的虚拟显示视频的编码策略研究，对多媒体的用户体验质量进行准确的评估，针对出现的问题提出有效的解决方案，有利于未来虚拟现实视频的发展。

本文研究现有编码机制和传输策略下用户的体验，使用虚拟现实视频编码软件对视频进行编码，进行评价视频质量，通过在动态网络波动情况下使用不同的编码、码率、帧率，验证现有传输策略应用在虚拟现实视频中的合理性，据此提出适合网络情况的优化视频传输方案，以此来提供高质量的用户体验。

关键字：互联网；多媒体服务；编码策略；虚拟现实视频

Abstract

In the era of popular Internet, popular web broadcasts, video, voice calls, and online games have become popular. These applications have promoted the formation of huge markets and stimulated constant innovation in network capacity and speed. However, due to the limited bandwidth, data loss will occur more or less during the transmission process. Therefore, how to ensure the best experience for users under highly dynamic network conditions is a problem that needs to be solved urgently. At the same time, multimedia services are rapidly gaining popularity in numerous consumer domains, such as video chat, voice chat, and video streaming. It is precisely because of the huge demand of this group of people that the network is moving toward greater bandwidth and higher speeds, which enables technical support for various multimedia services, such as large-scale online games, voice and video chat, and In 3D video streaming, etc., users are provided with a high-quality, immersive experience.

Research on the coding strategy of virtual display video for user experience, accurate evaluation of multimedia user experience quality, and an effective solution to the problems that arise are beneficial to the development of virtual reality video in the future.

This thesis studies the user's experience under the existing coding mechanisms and transmission strategies, uses virtual reality video coding software to encode video, evaluates video quality, and verifies the use of different coding, code rate, and frame rate under dynamic network fluctuations. This is also verifies the validity of the transmission strategy applied in the virtual reality video. Based on this, an optimized video transmission scheme suitable for the network situation is proposed to provide a high-quality user experience.

Keywords: Internet; Multimedia Services; Coding Strategies; Virtual Reality Videos

目录

第1章绪论 1

1.1研究的动机 1

1.2研究的基本内容和目标 2

1.3 论文主要内容及结构 3

第2章 多媒体的编码及传输 4

2.1 多媒体的编码 4

2.1.1 语音的编码 4

2.1.2 2D视频的编码 5

2.1.3 3D视频的编码 6

2.2 多媒体的传输 6

2.2.1 网络层 6

2.2.2 传输层 6

2.2.3 应用层 7

2.3 用户视频质量评估方法 7

2.4 本章小结 9

第3章 虚拟现实视频 10

3.1虚拟现实视频的背景 10

3.2 虚拟现实视频的编码 11

3.2.1 多视点视频编码 11

3.2.2 可伸缩式视频编码 12

3.3本章小结 13

第4章 动态网络中虚拟现实视频的传输实验 14

4.1 实验与设计 14

4.2分析 16

4.3 本章小结 17

第5章 总结与展望 18

5.1论文总结 18

5.2未来研究展望 18

参考文献 19

致谢 20

第1章绪论

1.1研究的动机

近年来多媒体在世界范围内的普及众所周知，过去影像只能存储在胶片、音频只能存储在磁介质上的时代已经一去不复返了，如电影制作中，数字摄影机以其携带的便捷性、安全性和进行艺术创作时的高度自由，已在二十一世纪初渐渐代替传统的胶片摄影机，随之而来的问题便是其大容量存储和传输的技术问题，由于影视制作和音乐制作渐渐趋于高品质，数字影视的清晰度逐渐由标清（SD）,高清（HD）,全高清（FHD）乃至超高清（UHD）。如何将如此大容量的多媒体文件进行合适的编码、压缩，占用较少的存储空间、保证多媒体的质量以提供高品质的用户体验，是目前多媒体编码的研究关键所在。

在网络普及的互联网时代，逐渐流行起网络直播，视频、语音通话以及在线的网络游戏等，这些应用推动形成了巨大的市场，刺激着网络容量和速度等的不断创新。但是由于带宽有限，传输过程中也都会或多或少的出现数据的丢失，因而如何在高度动态的网络条件下为用户保证最佳的体验是目前亟待解决的问题。同时，多媒体服务也在众多的消费领域中快速普及，例如视频聊天、语音聊天、视频流等。正是由于这种这会人群的巨大需求的推动，网络向更大的带宽，更高的速度发展，这使得各种多媒体业务得到技术上的支持，例如在大型网络游戏、语音与视频聊天以及3D视频流等中，为用户提供了高质量的身临其境般的体验。

实际上，3D电影很早的时候便伴随着2D电影出现，世界公认的第一部3D电影是1952年拍摄的《非洲历险记》，随后3D电影便成为热潮，直至2004年第一部IMAX 3D电影《极地特快》、2009年的《阿凡达》的出品，3D电影真正为影视所接纳，成为大众广泛接受的一种新潮媒体形式。3D视频的编码和传输技术难度又远高于2D电影，它是由两种不同视觉角度拍摄的画面组合而成。及至如今技术还未完全成熟的VR视频，其复杂度更是难以想象，它不仅是3D的，还能360度旋转观看，甚至还能在场景中自由走动观察，然而如今真正的VR视频却只能通过CG实现。

无论是音频，2d视频还是虚拟现实视频，它们的目的终归是为观众提供身临其境的视觉体验。3D视频相比2D视频，包含着更多视点的纹理图和深度图，数据量难以想象，它和虚拟现实视频的出现，都给存储空间和传输带宽带来巨大的压力。同时，互联网基础设施的发展使得各种移动终端渗透到人们生活的各个角落里，这增加了用户数量和网络流量，加之缓慢的网络容量增长，为无线信道传输等多媒体传输带来了新的挑战。为有效地去压缩和传输多媒体文件，在世界范围内进行了持续的努力。在面向用户体验的虚拟显示视频的编码策略研究，对多媒体的用户体验质量进行准确的评估，针对出现的问题提出有效的解决方案，有利于未来虚拟现实视频的发展。

图1.1 3D电影《阿凡达》剧照

1.2研究的基本内容和目标

在语音和视频的编码策略研究中，首先需要关注的是编码。其中语音编码包括有ITU-T标准语音编解码器和非标准编解码器，代表性的编解码器如作为PCM格式编码的ITU-T G.711，它的频带不宽，但可以确保发起呼叫，又如具有很高的语音质量同时延迟很低的ITU-T G. 729，以及属于第二代蜂窝移动通信技术的GSM，还有具有更高的音频质量和更低的延迟的Opus编解码器，它支持从窄带到全频段的音频带宽，也具有良好的鲁棒性丢失率的数据包丢失隐藏。视频编码中包括有2D视频编码和3D视频编码，主要有使用已久的MPEG-1,MPEG-2，以及如今广泛使用的H.264，它能够满足较低存储要求和较高的画面质量，还有相比H.264具有更高压缩率和视频质量的H.265。

编码作为多媒体传输的开始过程，后续重要的过程便是将媒体内容传送到目的地的传输过程，在传输多媒体流时要是要用许多传输协议如TCP，UDP，RTP，DASH等，TCP确保两个对等体之间可靠的传送，UDP则能够节省时间以便及时传送，RTP基于UDP构建，和UDP用于语音和视频的传输，DASH由于将内容分解成一系列小的基于HTTP的文件片段，因而可以实时捕获内容，用于在线直播或视频、语音聊天等。

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