流媒體的傳輸策略及QoS控制的研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)寬帶化的深入和視頻技術(shù)的不斷成熟，從視頻點(diǎn)播到網(wǎng)絡(luò)電視，從可視電話到互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，流媒體技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用在娛樂、教育等領(lǐng)域。但是視頻流傳輸有很高的帶寬需求，服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的帶寬瓶頸成為了目前阻礙流媒體普及的主要因素。另外由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的波動(dòng)和數(shù)據(jù)傳輸中的丟包，如何提供保證一定服務(wù)質(zhì)量(QoS)的流媒體服務(wù)成了一個(gè)挑戰(zhàn)性的問題。本文的研究主要從處理以下兩個(gè)問題著手：如何提高流媒體系統(tǒng)的效率，增強(qiáng)流媒體系統(tǒng)的服務(wù)能力；如何提高流媒

2、體傳輸?shù)腝oS。圍繞著這兩個(gè)問題，本文從涉及流媒體傳輸效率和質(zhì)量的四個(gè)相關(guān)方面進(jìn)行了研究。 VBR視頻流量平滑技術(shù)：與CBR視頻相比，VBR的編碼方式可以提供質(zhì)量穩(wěn)定的視頻，傳輸VBR視頻有很高的峰值和較大的帶寬波動(dòng)，造成難以高效地分配服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源。有效的流量平滑算法可以在很大程度上降低端到端的資源要求，并保證客戶端連續(xù)圖像播放質(zhì)量。本文在分析了幾種有效的VBR視頻流量平滑技術(shù)之后，提出了一種簡單有效的新算法一基于分段的流量

3、平滑算法。該算法的基本思想是利用客戶端的數(shù)據(jù)緩沖和一定的播放延遲，在流量突發(fā)之前預(yù)先把一部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到客戶端緩存起來。在提出的算法中首先給出了評(píng)價(jià)客戶端緩沖區(qū)充盈程度的一個(gè)代價(jià)函數(shù)，利用代價(jià)函數(shù)來決定每個(gè)段的邊界并保證不會(huì)使客戶端緩沖區(qū)上溢或者下溢。該算法通過動(dòng)態(tài)調(diào)整段的邊界和傳輸帶寬盡可能地?cái)U(kuò)展段的長度，獲得了較少的帶寬變化，同時(shí)使得段之間帶寬變化量和峰值傳輸速率都較小，提高了帶寬利用率。 基于組播的流媒體調(diào)度算法：流媒體的調(diào)

4、度技術(shù)隨著視頻點(diǎn)播(VOD)服務(wù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來。視頻節(jié)目的傳輸需要占用很大的帶寬，一個(gè)大型的VOD系統(tǒng)要求能存儲(chǔ)大量的節(jié)目并能同時(shí)服務(wù)成千上萬的用戶，使網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器I／O成為系統(tǒng)的瓶頸，如何減小服務(wù)器的帶寬需要成為了VOD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。流調(diào)度算法能有效-地提高系統(tǒng)資源利用率。本文首先分析了兩類流媒體調(diào)度算法，周期廣播算法和流合并算法。在此基礎(chǔ)上，提出了一種更有效的基于復(fù)用的Harmonic Broadcasting算法，該算

5、法克服了Harmonic Broadcasting使用信道數(shù)過多的問題，同時(shí)有較小的帶寬要求。接著，本文針對(duì)點(diǎn)播請(qǐng)求變化的情況，研究了自適應(yīng)的流調(diào)度算法，提出了一種根據(jù)節(jié)目點(diǎn)播請(qǐng)求強(qiáng)度自適應(yīng)的流調(diào)度方案一分段補(bǔ)丁方案，該方案能根據(jù)點(diǎn)播請(qǐng)求的強(qiáng)度自適應(yīng)地調(diào)整分配給這個(gè)節(jié)目的信道數(shù)和帶寬。首先提出了一種性能優(yōu)于傳統(tǒng)補(bǔ)丁算法但引入等待時(shí)間的批處理補(bǔ)丁算法，在批處理補(bǔ)丁算法的基礎(chǔ)上給出了本方案采用的傳輸策略，針對(duì)點(diǎn)播請(qǐng)求率變化的情況提出了如何自

6、適應(yīng)地調(diào)整傳輸策略的方法，在策略改變的過程中實(shí)現(xiàn)了信道的平滑過渡，針對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)播請(qǐng)求率選擇最適合的傳輸策略。本文的方案綜合了周期廣播和流合并算法的優(yōu)秀思想，無論在點(diǎn)播請(qǐng)求多少時(shí)都能選擇合適的傳輸策略，有效地節(jié)約了系統(tǒng)帶寬，提高了流媒體系統(tǒng)的服務(wù)能力。然后，對(duì)分段補(bǔ)丁方案進(jìn)行了改進(jìn)，提出了不引入啟動(dòng)延遲的流媒體調(diào)度方案。 流媒體代理緩存技術(shù)：針對(duì)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性的特點(diǎn)，提出了一種采用代理緩存?zhèn)鬏斂煞旨?jí)媒體流的方案。將視頻流分級(jí)編碼方法

7、和流媒體調(diào)度算法應(yīng)用于代理緩存技術(shù)中。該方案中，緩存的是可分級(jí)視頻流的某些層；分析了在有限的緩存空間下，如何對(duì)視頻層進(jìn)行緩存，以滿足不同用戶對(duì)媒體流質(zhì)量的不同需求，同時(shí)降低對(duì)主干網(wǎng)帶寬的需求。并提出了一種優(yōu)化的緩存方法，該方案選擇合適的視頻層進(jìn)行緩存使得對(duì)帶寬的要求最小。同時(shí)提出了一種簡單有效的緩存替換方案處理點(diǎn)播請(qǐng)求率變化的情況。提出的方案能在很大程度上降低主干網(wǎng)帶寬的需求。 自適應(yīng)不平等丟包保護(hù)策略：由于IP網(wǎng)絡(luò)狀況的時(shí)變特

8、性(如網(wǎng)絡(luò)丟包和網(wǎng)絡(luò)帶寬的波動(dòng))，在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻流面臨很多挑戰(zhàn)。本文研究了如何有效地在網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻流從而提高接收端視頻質(zhì)量。提出了一種自適應(yīng)的可分級(jí)視頻傳輸策略，該策略組合了不平等保護(hù)和視頻層數(shù)據(jù)選擇的方法。首先，給出了一種錯(cuò)誤掩蓋已知的失真估計(jì)方法，該方法比較精確地估計(jì)了網(wǎng)絡(luò)傳輸中丟包對(duì)視頻質(zhì)量的影響。在失真估計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了新穎的自適應(yīng)不平等丟包保護(hù)策略，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況，自適應(yīng)地選擇要傳送的視頻數(shù)據(jù)的層數(shù)，并依據(jù)各視頻層的數(shù)