流媒體的傳輸策略及QoS控制的研究.pdf

1、隨著網絡寬帶化的深入和視頻技術的不斷成熟，從視頻點播到網絡電視，從可視電話到互聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)，流媒體技術越來越廣泛地應用在娛樂、教育等領域。但是視頻流傳輸有很高的帶寬需求，服務器和網絡的帶寬瓶頸成為了目前阻礙流媒體普及的主要因素。另外由于網絡帶寬的波動和數(shù)據傳輸中的丟包，如何提供保證一定服務質量(QoS)的流媒體服務成了一個挑戰(zhàn)性的問題。本文的研究主要從處理以下兩個問題著手：如何提高流媒體系統(tǒng)的效率，增強流媒體系統(tǒng)的服務能力；如何提高流媒

2、體傳輸?shù)腝oS。圍繞著這兩個問題，本文從涉及流媒體傳輸效率和質量的四個相關方面進行了研究。 VBR視頻流量平滑技術：與CBR視頻相比，VBR的編碼方式可以提供質量穩(wěn)定的視頻，傳輸VBR視頻有很高的峰值和較大的帶寬波動，造成難以高效地分配服務器和網絡資源。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)圖像播放質量。本文在分析了幾種有效的VBR視頻流量平滑技術之后，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)據緩沖和一定的播放延遲，在流量突發(fā)之前預先把一部分數(shù)據發(fā)送到客戶端緩存起來。在提出的算法中首先給出了評價客戶端緩沖區(qū)充盈程度的一個代價函數(shù)，利用代價函數(shù)來決定每個段的邊界并保證不會使客戶端緩沖區(qū)上溢或者下溢。該算法通過動態(tài)調整段的邊界和傳輸帶寬盡可能地擴展段的長度，獲得了較少的帶寬變化，同時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度算法：流媒體的調

4、度技術隨著視頻點播(VOD)服務的發(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，一個大型的VOD系統(tǒng)要求能存儲大量的節(jié)目并能同時服務成千上萬的用戶，使網絡帶寬和服務器I／O成為系統(tǒng)的瓶頸，如何減小服務器的帶寬需要成為了VOD系統(tǒng)設計的關鍵。流調度算法能有效-地提高系統(tǒng)資源利用率。本文首先分析了兩類流媒體調度算法，周期廣播算法和流合并算法。在此基礎上，提出了一種更有效的基于復用的Harmonic Broadcasting算法，該算

5、法克服了Harmonic Broadcasting使用信道數(shù)過多的問題，同時有較小的帶寬要求。接著，本文針對點播請求變化的情況，研究了自適應的流調度算法，提出了一種根據節(jié)目點播請求強度自適應的流調度方案一分段補丁方案，該方案能根據點播請求的強度自適應地調整分配給這個節(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)補丁算法但引入等待時間的批處理補丁算法，在批處理補丁算法的基礎上給出了本方案采用的傳輸策略，針對點播請求率變化的情況提出了如何自

6、適應地調整傳輸策略的方法，在策略改變的過程中實現(xiàn)了信道的平滑過渡，針對相應的點播請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，無論在點播請求多少時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)的服務能力。然后，對分段補丁方案進行了改進，提出了不引入啟動延遲的流媒體調度方案。 流媒體代理緩存技術：針對網絡異構性的特點，提出了一種采用代理緩存?zhèn)鬏斂煞旨壝襟w流的方案。將視頻流分級編碼方法

7、和流媒體調度算法應用于代理緩存技術中。該方案中，緩存的是可分級視頻流的某些層；分析了在有限的緩存空間下，如何對視頻層進行緩存，以滿足不同用戶對媒體流質量的不同需求，同時降低對主干網帶寬的需求。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行緩存使得對帶寬的要求最小。同時提出了一種簡單有效的緩存替換方案處理點播請求率變化的情況。提出的方案能在很大程度上降低主干網帶寬的需求。 自適應不平等丟包保護策略：由于IP網絡狀況的時變特

8、性(如網絡丟包和網絡帶寬的波動)，在IP網絡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絡上傳輸視頻流從而提高接收端視頻質量。提出了一種自適應的可分級視頻傳輸策略，該策略組合了不平等保護和視頻層數(shù)據選擇的方法。首先，給出了一種錯誤掩蓋已知的失真估計方法，該方法比較精確地估計了網絡傳輸中丟包對視頻質量的影響。在失真估計的基礎上，提出了新穎的自適應不平等丟包保護策略，根據網絡狀況，自適應地選擇要傳送的視頻數(shù)據的層數(shù)，并依據各視頻層的數(shù)