视频通信智能协同计算技术及应用

　　专家简介

　　陶晓明，2003年本科毕业于西安电子科技大学通信工程学院，2008年博士毕业于清华大学电子工程系，曾于法国电信集团担任研究员，2009年至今于清华大学分别担任博士后、助理研究员和副研究员。主要研究无线多媒体通信理论及关键技术研究，针对复杂移动环境大容量多媒体通信难题，立足于模型与方法的理论创新，在无线多媒体可靠传输、移动网络资源优化和多媒体服务体验质量提升等方面取得了系统的理论和技术突破，得到国际同行的高度认可。

　　作为主要完成人参与获得国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖、IEEE国际会议最佳论文奖等奖项。她还是2016年度中国电子学会十佳优秀科技工作者、国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者。获授权发明专利27项；以第一/通信作者发表SCI/EI检索论文90篇，被谷歌学术他引380次；发表专著一部（Springer，2015）；负责承担国家973、863及自然科学基金等项目。2017年，获得“中国智能科学技术最高奖”——吴文俊人工智能技术发明奖一等奖。

　　项目简介

　　该项目属于信息与通信技术领域。随着移动互联网等技术领域的飞速发展，移动视频等大数据量的业务成为主体，如何提升无线网络对于宽带视频业务的支持能力，已成为该领域最具挑战的前沿研究课题。传统方法仅仅从传输技术的角度提高频谱利用率，已遭遇“边际效应”的制约，提升空间有限。

　　该项目在国家973计划、自然科学基金等项目资助下，从分析人类视觉感知的本质特征入手，将媒体计算引入通信系统，使其具有记忆能力，进而析取少量变化的、未知的信息编码传输，便可从根本上降低移动视频业务对网络带宽需求的压力。该项目获得授权发明专利20项、软件著作权10项。主要发明点如下：

　　1.视频数据的结构化表征方法。借鉴人类视觉感知机理，提出至下而上层级式“知识塔”结构的表征模型。提出基于贝叶斯统计的结构化表征计算方法，利用概率图模型描述层级表征结构之间的统计相关性;利用非参贝叶斯学习确定每层表征单元的数目和维度。该结构化表征模型与计算方法实现了图像内容的结构化分割，可显著提高人脸及特定场景视频图像的表征效率，在国内外未见同类技术报道。

　　2.视频显著性内容预测方法。构建大规模视频关注点数据库，发现高效视频压缩(HEVC)域的分割深度、信息分布、运动矢量三个特征与人眼真实关注区域具有强相关性。基于上述基本特征，计算获得它们在时域和空域的差异作为新特征，并采用深度学习的方法进行特征融合，实现视频显著性内容预测。第三方测试表明，所获得的显著性预测图更加贴近人眼关注区域，性能达到国际最好水平。

　　3.基于先验知识的分层编码与重建方法。将结构化先验数据引入视频处理，建立基于先验知识的分层编码新框架。提出基于“知识塔”结构的分层编码方法，构建先验的模型层、形状层、背景层等特征，析取特征参数编码传输。提出面向计算复杂度-率-感知失真优化的比特分配方法，被国际标准IEEE 1857.9采纳。第三方测试表明，在相同用户体验下，视频通信的码率等指标优于国内外报道的最好水平。

　　基于相关技术发明研制的无线图像传输系统，成功应用于G20杭州峰会期间杭州湾海域的安全监控与应急通信指挥系统，为海上社会治安管控提供了有力的信息保障。同时，基于相关技术发明的广播电视发射台站系统方案，解决了长期困扰西部偏远地区广播电视信号覆盖的难题，为国家“西新工程”广电战略任务的保障发挥了重要作用，取得了显著的社会效益。该技术发明还应用于海防、海运、交通等领域的无线专网设备、移动应急指挥平台、移动网络视频通信系统等产品中，技术成熟，经济效益过亿元，推广前景广阔。

　　第三方评价机构组织的专家评价意见认为：“该项目借鉴人脑视觉感知机理，发现了提升无线网络中视频通信业务服务能力的新途径，取得了多项重大技术创新，具有完全的自主知识产权，核心成果达到相关领域国际领先水平。”

　　实验室简介

　　北京航空航天大学电子信息工程学院“极限信息技术”实验室，结合国家在“对地高分观测”、“多媒体通信”上的重大需求，瞄准极限通信环境下的传输带宽受限问题，在图像内容感知与处理、视频压缩、信源信道编码、网络编码以及智能通信技术等研究方向上深入开展基础理论研究、关键技术攻关，实现计算能力换取信息传输与处理效率，并联合航天院所完成多个型号研制，为我国空天信息技术和多媒体通信技术的发展提供强有力的支持。实验室负责人为王祖林教授，实验室核心队伍共4人，其中教授1人、副教授2人、讲师1人，博士生导师3人，实验室包括硕士研究生20余人，博士研究生10余人。实验室长期与香农奖得主美国工程院院士Richard Blahut，加拿大科学院院士Ian F. Blake，IEEE终生会士Shu Lin教授、英国帝国理工学院Pier Lugi Dragotti教授保持着紧密的学术合作。实验室发表包括IEEE Transactions在内的SCI期刊论文50余篇，EI国际会议论文100余篇。实验室成员主持承担包括国家自然科学基金、国家863计划项目在内的国家纵向项目20余项，以及航天二院、航天三院、航天五院、中航电子、中电20所、华为等企业的横向项目20余项。

　　清华大学无线多媒体通信实验室WMC（Wireless Multimedia Communications）成立于1996年，是国内外最早开展无线多媒体通信研究的团队之一，历经20余年的发展WMC先后承担了国家（973）重点基础研究发展计划、国家自然科学基金国家（863）高科技研究计划、国家科技攻关等多项重大和重点科研项目，在编码调制理论、协同无线网络、空间通信、软件无线电、多媒体信息处理等方向上都取得了多项创新，研究成果备受关注，在国内外期刊和国际学术会议上已发表论文500余篇，其中，SCI检索论文100余篇，SCI引用300余次；获授权专利100余项；获得国家奖3项（自然科学二等奖1项、技术发明二等奖2项）、部委奖8项（一等奖4项、二等奖4项）；2008年遴选为教育部创新团队，2010年获国家自然科学基金委创新群体项目资助。