随着第三代和第四代移动通信系统的广泛部署以及视频应用的不断普及，人们对高质量视频传输的需求已经越来越迫切。如何在现有无线通信系统中为多用户视频传输提供更高的用户体验质量已成为近年来一项迫切需要解决的问题。本论文针对现有的无线通信系统中的视频传输问题，以提高用户的视频体验质量为目标，通过对视频业务特性进行分析与建模，建立一个综合考虑视频业务特性与底层网络特征的视频传输跨层框架，并基于此框架提出联合无线资源分配、链路自适应以及视频包调度的跨层优化解决方案。本论文的主要研究工作如下：
（1）HSDPA网络中基于时延预测的内容和信道可感知的实时视频调度算法研究。针对实时视频HSDPA网络中的传输问题，本文提出了一种新的基于时延预测的内容和信道可感知的实时视频数据包调度算法DPCCA。该算法根据当前时刻的队列信息和网络状态信息预测队列中各个视频数据包的时延，并据此将视频用户分为三类：资源充足型，资源恰好型，资源不足型；资源充足型用户队列中的数据包延迟较小，在保证自己无超时丢包的情况下还可将过剩的资源禅让给其他类型的用户；资源恰好型用户数据包的时延稍大于资源充足型用户，虽没有多余的资源禅让但仍可基本保证自身无超时丢包；资源不足型用户数据包时延很大，将会出现大量的超时丢包；调度器首先利用数据包重要性、时延信息及信道质量进行信道资源预分配，对于选中的不同类型的视频用户，采用不同的调度策略。其中，资源充足型用户必须放弃该调度时隙并将调度资源禅让给其他两类用户中信道质量最好的用户，资源恰好型用户顺序调度用户队列中的数据包，资源不足型用户则主动丢弃不重要的数据包以保证视频数据中更重要的数据包的正确传输。仿真实验表明，此算法可以在提高视频传输质量的同时更好的保证用户间公平性。
（2）无线网络中基于H.264/AVC视频的传输失真分析研究。针对H.264/AVC视频流，本文提出了一个可以精确预测Slice级传输失真的模型。由于H.264/AVC帧内预测的引入使得P帧Slice中的帧内编码宏块与帧间编码宏块一样对传输过程中的错误敏感，即使正确被接收也有可能因错误传播导致失真，所以除了帧间预测，我们在失真估计时还考虑了帧内预测的影响。在提出的模型中，首先我们建立了一个完整的压缩域信息集，包括编码模式、压缩块大小、分区大小、运动矢量等信息。其中帧内编码宏块缺失的运动矢量利用空间相关性，并结合压缩码流中提取的帧间编码宏块的运动矢量估计得到。根据这些压缩域信息以及每个Slice总的错误隐藏失真，每个Slice的传输失真便可以通过简单的计算进行估计。由于我们的模型并不需要对视频完全解码或通过离线的曲线拟合进行模型参数估计，所以计算复杂度和实现复杂度均比较低。仿真实验结果表明，本章提出的模型可以准确的估计时变信道中不同丢包模式下视频的传输失真，以及单个Slice丢失造成的累计传输失真。
（3）HSDPA网络中基于效用优化的实时视频跨层调度算法研究。针对HSDPA网络中实时视频的传输问题，在综合考虑HSDPA网络的传输限制的基础上，本文构建一个以最大化系统中所有用户累计的视频包效用为目标的无线资源分配、MCS选择和包调度的联合跨层优化问题，以提高系统中所有用户的总的视频质量。这里，每一个视频包效用可由视频包的紧急性和视频包的重要性两个参数计算得到，效用函数的定义保证了优先传输高效用的视频包可以更好的满足系统中所有用户对视频质量的要求。通过分析该优化问题，我们提出了一个基于动态规划的跨层算法DPCLA。该算法可以为所有用户提供最优的传输策略，但计算复杂度较高。为了降低计算复杂度，我们又提出了一个基于贪婪算法的跨层算法GCLA以求解一个次优的传输策略。仿真实验表明，本文提出的方法DPCLA和GCLA可以有效提高视频传输质量。
（4）LTE网络中QoE驱动的基于DASH的可分层视频跨层传输算法研究。针对LTE网络下基于DASH的SVC视频传输系统，本文提出了一个QoE驱动的跨层方案。在该跨层方案中，我们首先建立了一个连续的率失真模型来估计基于包优先级提取的每个子码流的PSNR值。其次，为了保证用户的播放流畅性，我们提出一个两级码率自适应算法，其中第一级码率自适应算法负责根据估计得到的segment的平均吞吐量为用户选择合适的请求码率，而在第二级码率自适应算法中，通过设计合适的视频包调度策略，每个segment的码率随着实际网络传输能力实时进行调整。最后，为了在保证用户间公平性的同时提高系统中所有用户接收到的总的视频质量，我们根据建立的R-D模型、用户反馈的缓存水平、用户的平均吞吐量以及信道质量，提出了一个跨层无线资源分配算法。仿真实验表明，我们提出的跨层方案可以有效改善用户的播放体验，包括播放流畅性、视频质量以及播放稳定性。与此同时，我们方案还可以为用户提供较好的公平性保障。
（5）视频传输仿真平台。为了验证和评估算法性能，本课题组基于网络仿真软件分别搭建了HSDPA和LTE网络下的视频传输仿真平台。这两个平台均分为Windows环境下视频应用侧模块和Linux环境下网络仿真模块两部分实现。两部分通过socket接口进行通信。在搭建的平台中，我们实现了视频编解码器、视频服务器、用户行为仿真、质量评估、显示以及接入网整个协议栈的基本功能，可同时对20个以上视频用户进行传输仿真，并实现了Progressive　Download和HTTP-Based　Adaptive　Streaming两种内容传输方式。本人在这两个平台搭建过程中主要负责总体设计和网络仿真模块的代码编写和测试。