實時流媒體系統(tǒng)若干關鍵技術的研究.pdf

1、近年來隨著計算機技術、視頻壓縮技術、高帶寬存儲設備和寬帶網(wǎng)絡的發(fā)展，在Internet上的實時流媒體應用應運而生。然而，當前的Internet網(wǎng)絡以盡力而為(Best-effort)的方式提供數(shù)據(jù)傳輸，帶寬波動、延遲抖動和丟包等現(xiàn)象時有發(fā)生。傳統(tǒng)的非伸縮性編碼方法產(chǎn)生的碼流不能適應網(wǎng)絡帶寬的波動。為此，希望采用可伸縮性編碼(Scalable Coding)來提供網(wǎng)絡自適應(Network adaptive)的流媒體服務。基于位平面編碼的

2、精細可伸縮性編碼方法(Fine Granular Scalalbe，F(xiàn)GS)已經(jīng)被MPEG-4標準接受，提供了細粒度的可伸縮性。該編碼方法通常生成兩種視頻流：基本層碼流和增強層碼流?；緦哟a流必須傳輸，并且碼率較低；增強層碼流可以根據(jù)帶寬網(wǎng)絡狀況任意截取，甚至可以不傳。由于可伸縮性碼流可以在一個很大的范圍內(nèi)自適應調(diào)整，因此能夠適應復雜的網(wǎng)絡帶寬波動。本論文主要研究如何選擇和調(diào)度數(shù)據(jù)包，來提供交互式的實時流媒體服務。主要貢獻如下：

3、 1.本論文提出了基于端到端的網(wǎng)絡自適應的實時流媒體系統(tǒng)體系結構。在這個框架中，我們引入了“實時”的概念，也就是，每一個數(shù)據(jù)包應該在一定的最終期限(Deadline)之前達到客戶端，否則將不能被解碼。這是本論文的出發(fā)點。 2．本論文分析了可伸縮性流媒體的實時特征，并提出了基于分層的實時調(diào)度算法。在此基礎上，本論文還提出了一個基于不精確計算(Impricise computation)的負載模型(Workload Model)和實

4、時調(diào)度算法來處理可伸縮性流媒體的調(diào)度任務。每一個可伸縮性的視頻流的調(diào)度任務被分成兩部分：強制執(zhí)行的子任務(Mandatory subtask)和可選擇執(zhí)行的子任務(Optional subtask)。強制執(zhí)行的子任務用于調(diào)度基本層的數(shù)據(jù)，可選擇執(zhí)行的子任務用于調(diào)度增強層的數(shù)據(jù)包，不同的子任務采用不同的優(yōu)先級?；诓痪_計算負載模型和實時調(diào)度算法為網(wǎng)絡自適應的可伸縮性流媒體服務提供了靈活的調(diào)度策略，增強了系統(tǒng)的容錯性，提高了資源利用率和客

5、戶端播放質(zhì)量。該算法的低復雜度使得其可以在實際的系統(tǒng)中得以實現(xiàn)。 3．本論文提出了一個在線平滑的調(diào)度算法，在可用網(wǎng)絡帶寬波動的情況下，能夠提供較平滑的視頻質(zhì)量。由于網(wǎng)絡帶寬的波動和不可預測性，容易產(chǎn)生視頻質(zhì)量的劇烈變化。通常，人們寧愿看到質(zhì)量稍低但平滑的視頻節(jié)目，也不愿意看到質(zhì)量稍高但波動的視頻質(zhì)量。該算法采用了基于失真度的性能評價函數(shù)并結合實時調(diào)度算法來選擇要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，使視頻質(zhì)量波動最小的同時，提高網(wǎng)絡帶寬資源的利用率。

6、 4．本論文提出了一個動態(tài)的資源分配策略為并發(fā)的多用戶公平地分配服務器資源。由于流媒體服務器資源有限，特別服務器吞吐率(也就是I/O帶寬)的限制，只能接入一定數(shù)量的并發(fā)用戶請求。不同的用戶在不同的時刻帶寬的波動不相同，傳輸碼流的碼率也不相同。根據(jù)每個用戶的可用帶寬和碼流的碼率狀況，動態(tài)、公平地分配服務器資源。該策略不僅可以公平地分配服務器資源，而且還提高了系統(tǒng)資源的利用率和客戶端的總的播放質(zhì)量。 5．本論文提出了一種支持V

7、CR(Video Cassette Recoder)功能的新框架。在流媒體 應用中，用戶希望能夠提供交互式的VCR功能，如倒放、快進、快退、隨機訪問等操作。為了支持VCR功能，在服務器端存儲正放和倒放的FGS的基本層碼流。兩個碼流中的預測編碼的幀采用在變換域中進行預測，并對預測誤差進行量化，即使采用不同的預測圖象，也可以得到相同的重建圖象，從而兩個基本層可共用一個相同的增強層碼流。在此基礎上，來實現(xiàn)面向網(wǎng)絡自適應的VCR功能的支