通信工程畢業(yè)論文特定無線環(huán)境下基于qoe的通信技術(shù)研究

1、<p><b>　　學(xué)士學(xué)位論文</b></p><p>　　特定無線環(huán)境下基于QoE的通信技術(shù)研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 通信工程 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the

3、 Degree of Bachelor of Engineering</p><p>　　QoE-based wireless communication</p><p><b>　　獨(dú)創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不

4、包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。</p><p>　　學(xué)位論文作者簽名： </p><p>　　日期：  年  月  日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><

5、p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　保 密□ ，在_____年解密后適用本授權(quán)書。</p><p><b>

6、;　　不保密□。</b></p><p>　　請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）</p><p>　　學(xué)位論文作者簽名：             指導(dǎo)教師簽名：</p><p>　　日期： 年 月

7、日           日期： 年 月  日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　傳統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)并不能直接體現(xiàn)用戶對業(yè)務(wù)的感受，體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)能更加體現(xiàn)用戶對

8、業(yè)務(wù)的需求，從體驗(yàn)質(zhì)量的角度出發(fā)用計(jì)算能力換取通信質(zhì)量的提升成為了一種新的主流理念。隨著無線設(shè)備的普及，無線視頻業(yè)務(wù)所占據(jù)的網(wǎng)絡(luò)流量越來越巨大，而網(wǎng)絡(luò)資源則越來越緊缺，如何提升視頻用戶的體驗(yàn)質(zhì)量變得越來越重要，然而無線環(huán)境的復(fù)雜性、用戶的隨機(jī)移動性、傳播的開放性使得管理體驗(yàn)質(zhì)量愈發(fā)的艱難。</p><p>　　本文詳細(xì)介紹了體驗(yàn)質(zhì)量、無線信道和視頻流傳輸?shù)奶攸c(diǎn)、機(jī)理和內(nèi)在聯(lián)系，將注意力放在視頻播放過程的延時和卡頓

9、花屏事件上，考慮上緩沖區(qū)上溢和下溢的概率及其對用戶體驗(yàn)質(zhì)量的影響，并運(yùn)用擴(kuò)展吉爾伯特模型對無線視頻的傳輸進(jìn)行了仿真，得出緩沖區(qū)大小與延時在一定卡頓花屏概率下的關(guān)系，為提升視頻用戶的體驗(yàn)質(zhì)量提供了一種新的思考方式。</p><p>　　關(guān)鍵字：無線，體驗(yàn)質(zhì)量，視頻，傳輸</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Q

10、uality of service (QoS) can’t tell us how people feel about the service they get. However, quality of experience (QoE) describes how to measure people’s subjective feeling. To optimize the network environment at the sacr

11、ifice of computer ability has become a new idea that predominates. As wireless device manufacturing industry prosper, wireless video service takes up a big percentage in the flourishing network flow. However, available n

12、etwork resources have shrunk. How to improve QoE is becomin</p><p>　　In this paper, we explicitly introduce the characteristics and mechanism of QoE, wireless channel and video transmission. We also explain

13、their inherent relationship and finally focus on delay and jitter event in video playout duration. Possibility of underflow and overflow in the decoder buffer is taken into consideration for a better QoE. The extended Gi

14、lbert model is applied in this paper to simulate the wireless channel for video transmission and the relationship between buffer and delay wit</p><p>　　Index terms：Wireless，QoE，Video，Transmission</p>

15、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　第一章 緒論 ··········

16、83;····································&

17、#183;····································

18、;·1</p><p>　　一、論文的研究背景及來源·····························&

19、#183;·······························1</p><p>　　二、論文

20、的意義及研究內(nèi)容···································&

21、#183;·························1</p><p>　　三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ·····

22、····································

23、3;···························1</p><p>　　四、本文的結(jié)構(gòu) ····

24、;····································

25、83;··································3</p>

26、<p>　　第二章 體驗(yàn)質(zhì)量 ·································&

27、#183;····································

28、;·········4</p><p>　　一、體驗(yàn)質(zhì)量的概念 ·····················

29、3;····································&#

30、183;··········4</p><p>　　二、體驗(yàn)質(zhì)量的衡量指標(biāo) ····················

31、;····································

32、83;······4</p><p>　　三、體驗(yàn)質(zhì)量與視頻 ························&#

33、183;····································

34、········5</p><p>　　第三章 無線信道 ·······················

35、····································

36、3;···················7</p><p>　　一、無線信道特點(diǎn) ···········

37、3;····································&#

38、183;·······················7</p><p>　　1. 傳播的開放性 ·······&

39、#183;····································

40、;·························7</p><p>　　2. 接收環(huán)境的復(fù)雜性 ·····&#

41、183;····································

42、·····················8</p><p>　　3. 用戶的隨機(jī)移動性 ·········

43、83;····································&

44、#183;················9</p><p>　　二、無線信道模型 ··············&

45、#183;····································

46、;·····················10</p><p>　　1. 馬爾可夫模型 ·········

47、83;····································&

48、#183;······················10</p><p>　　2. 吉爾伯特模型 ········

49、;····································

50、83;························11</p><p>　　三、無線環(huán)境下的體驗(yàn)質(zhì)量 ·····

51、3;····································&#

52、183;·················13</p><p>　　第四章 視頻流傳輸 ·············

53、····································

54、3;··························14</p><p>　　一、視頻傳輸相關(guān)曲線分析 ····

55、;····································

56、83;···················14</p><p>　　二、視頻接收技術(shù) ···········&#

57、183;····································

58、························15</p><p>　　1. 緩沖 ·······&#

59、183;····································

60、····································

61、3;16</p><p>　　2. 延時 ·······························

62、····································

63、3;·············16</p><p>　　三、無線視頻相關(guān)要求 ·················&

64、#183;····································

65、;············17</p><p>　　第五章 仿真與分析 ··················

66、83;····································&

67、#183;····················20</p><p>　　一、場景介紹 ··········&#

68、183;····································

69、·······························20</p><p>　　二、視頻特征曲線

70、 ····································

71、83;···································20<

72、/p><p>　　三、概率模型分析及仿真 ·······························

73、83;·······························21</p><p>　　1. 概率

74、模型分析 ····································

75、;·································21</p><p&

76、gt;　　2. 概率模型仿真 ··································&

77、#183;··································25</p&g

78、t;<p>　　第六章 總結(jié)與展望 ································

79、83;····································&

80、#183;······30</p><p>　　一、總結(jié) ························

81、3;····································&#

82、183;······················30</p><p>　　二、展望 ·········

83、;····································

84、83;····································&

85、#183;·30</p><p>　　致 謝 ······························

86、;····································

87、83;···························31</p><p>　　參考文獻(xiàn) ····

88、····································

89、3;····································&#

90、183;···········32</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　一、論文的研究背景及來源</p><p>　　論文研究背景：隨著移動終端的普及，諸如智能手機(jī)、平板電腦之類的設(shè)備在人們的生活中起

91、著越來越重要的作用，而逐年增長的網(wǎng)絡(luò)流量也越來越多傾向于由這些便攜式設(shè)備產(chǎn)生，而視頻流的傳輸又占據(jù)了其中巨大的比例。但是另外一方面，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載已然十分的沉重，基礎(chǔ)設(shè)施面對越來越巨大的網(wǎng)絡(luò)流量可能無法繼續(xù)維持下去，分配給每個用戶的資源以及能夠提供的服務(wù)質(zhì)量也會相應(yīng)下降。因此需要新的途徑和措施來解決目前這種網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過重，不斷有新的設(shè)備加入進(jìn)來帶來的問題。有人提出了體驗(yàn)質(zhì)量的概念作為一種新型的指標(biāo)來衡量用戶對所得到的服務(wù)的滿意程度，并在此基礎(chǔ)

92、上提出了一些方案的改進(jìn)措施，也提出了一些新的方案。目前體驗(yàn)質(zhì)量的概念尚未十分成熟，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來對體驗(yàn)質(zhì)量所需要考慮的內(nèi)容來進(jìn)行衡量。</p><p>　　課題來源：國家973計(jì)劃項(xiàng)目“面向QoE的協(xié)同計(jì)算通信理論基礎(chǔ)”(課題編號：2013CB329006)。</p><p>　　二、論文的意義及研究內(nèi)容</p><p>　　無線使人們的生活變得更加方便快捷，智

93、能手機(jī)的普及使得很大一部分的用戶能夠在硬件設(shè)備上享受無線服務(wù)，無線用戶熱衷于參與性好、互動性強(qiáng)、有吸引力的各類業(yè)務(wù)和應(yīng)用，重視體驗(yàn)的效果，運(yùn)營商則希望留住用戶并擴(kuò)大用戶規(guī)模，而其中視頻傳輸占據(jù)了無線網(wǎng)絡(luò)流量的很大一部分，視頻業(yè)務(wù)本身又極易與用戶本身的感官產(chǎn)生聯(lián)系，因此研究無線環(huán)境下基于體驗(yàn)質(zhì)量的通信技術(shù)，尤其是其中的視頻傳輸技術(shù)，是十分具有現(xiàn)實(shí)意義的。論文的研究內(nèi)容是利用設(shè)備強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲能力來改善現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載

94、，增大網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，最終使得用戶能夠獲得比較好的體驗(yàn)質(zhì)量。</p><p><b>　　三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)的概念在很早以前就有人提出了，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境日益復(fù)雜，人們對服務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高，基于主觀需求的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境改良也更加符合實(shí)際情況的需要，在這種情況下，體驗(yàn)質(zhì)量在近幾年來得到了廣泛的關(guān)注并得到了一定的發(fā)展。基于體驗(yàn)質(zhì)量

95、感知的無線多媒體數(shù)據(jù)流傳輸系統(tǒng)相關(guān)論文大致分為以下幾類：</p><p>　　基于體驗(yàn)質(zhì)量感知的媒體保護(hù)；</p><p>　　體驗(yàn)質(zhì)量的評估標(biāo)準(zhǔn)以及建模；</p><p>　　多用戶情景下基于體驗(yàn)質(zhì)量感知的資源分配。</p><p>　　基于體驗(yàn)質(zhì)量感知的媒體保護(hù)的做法一般是根據(jù)環(huán)境獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)給資源賦予不同的重要性，這里所指的資源可以是

96、視頻本身的編碼方式、不同的資源塊、獲取資源的方式等，例如文獻(xiàn)“A Cross-Layer Design for Perceptual Optimization Of H.264/SVC with Unequal Error Protection”[23]和“Channel Coding Optimization Based on Slice Visibility for Transmission of Compressed Video

97、over OFDM Channels”[24]中提及的不等錯誤保護(hù)，給不同的視頻片來分配不同的優(yōu)先級從而獲取不同層級的資源塊，使得一些重要的視頻片得到更好的保護(hù)，這樣可以讓用戶在信道條件比較差的情況下仍然不會丟失一些重要的信息，從而達(dá)到比較好的體驗(yàn)質(zhì)量。由于是基于體驗(yàn)質(zhì)量感知，所以是需要建立在已有的一些體驗(yàn)質(zhì)量模型基礎(chǔ)上的，但是就研究現(xiàn)狀而言，并沒有在體驗(yàn)質(zhì)量的模型上做十分統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或者限制，所以可能對于不同的模型來說最終得到的效果不一

98、樣，但盡管如此，</p><p>　　至于體驗(yàn)質(zhì)量的評估標(biāo)準(zhǔn)以及建模，體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)是從服務(wù)質(zhì)量(QoS)的概念演變過來的，以前的服務(wù)質(zhì)量是根據(jù)一些客觀的指標(biāo)來對服務(wù)的質(zhì)量來進(jìn)行衡量，而基于主觀的體驗(yàn)質(zhì)量不能完全使用服務(wù)質(zhì)量的一些指標(biāo)來直接進(jìn)行衡量，因此需要提出評估標(biāo)準(zhǔn)以及建立體驗(yàn)質(zhì)量的模型。如文獻(xiàn)“A generic quantitative relationship between quality of

99、experience and quality of service”[25]和“The QoE Evaluation Method through the QoS-QoE Correlation Model”[26]中就提出了某種體驗(yàn)質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量的關(guān)系模型，通過這種模型可以省去尋找新指標(biāo)的麻煩，直接利用與服務(wù)質(zhì)量的映射關(guān)系得到比較好的逼近曲線。也有利用其它指標(biāo)對體驗(yàn)質(zhì)量進(jìn)行建模的，如文獻(xiàn)“Managing Quality of Exp

100、erience for Wireless VOIP Using Noncooperative Games”[27]就提出了將用戶對為了繼續(xù)接聽電話而做出的努力作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，文獻(xiàn)“A</p><p>　　多用戶情景下基于體驗(yàn)質(zhì)量感知的資源分配處理的問題則更加具體，建立的模型相對以上更加精細(xì)。比如文獻(xiàn)“On managing quality of experience of multiple video strea

101、ms in wireless networks”[29]解決的是多用戶在同一條信道下的時隙資源分配，最終整體優(yōu)化每次資源分配完成后用戶利用緩存可以播放的時間。而文獻(xiàn)“Effect of Delay and Buffering on Jitter-Free Streaming Over Random VBR Channels”[11]則建立某個視頻在有一定初始緩存時間和一定大小的緩存的情況下視頻播放流暢的概率，雖然并沒有涉及到多用戶接入，

102、但仍然可以進(jìn)行推廣，具有十分重要的參考價值。</p><p><b>　　四、本文的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　緒論，簡單介紹論文的研究背景、研究方向的意義以及本文的立足點(diǎn)。</p><p>　　體驗(yàn)質(zhì)量，本章主要介紹體驗(yàn)質(zhì)量的來源、概念以及意義所在，由于本文關(guān)注視頻傳輸?shù)难芯?，因此介紹了一些關(guān)于視頻質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)，建立起客觀參數(shù)和主觀感

103、受之間的關(guān)聯(lián)，便于日后繼續(xù)相關(guān)工作的建模，文末的仿真中會選取其中一項(xiàng)來作為指標(biāo)。</p><p>　　無線信道，本章主要介紹無線信道的特點(diǎn)，指出了無線信道的缺點(diǎn)以及因此帶來的體驗(yàn)質(zhì)量的挑戰(zhàn)，給出了兩種常見的無線信道模型以及其優(yōu)缺點(diǎn)，仿真是建立在擴(kuò)展吉爾伯特模型和蒙特卡洛仿真基礎(chǔ)上的，因此在這里做出相應(yīng)的說明。</p><p>　　視頻流傳輸，本章是本文的重點(diǎn)，本章簡要介紹了無線視頻傳輸?shù)倪^

104、程，給出了接收方會使用到的各種曲線以及其物理含義，列出了無線視頻流傳輸?shù)囊笠约芭c體驗(yàn)質(zhì)量之間的內(nèi)在聯(lián)系，并做了MOS與緩沖區(qū)大小和延時間的關(guān)系仿真。</p><p>　　仿真與分析，本章對參考文獻(xiàn)做了相關(guān)仿真，給出了應(yīng)用場景、所使用的模型和數(shù)據(jù)、解決的問題，對文中出現(xiàn)的一些曲線進(jìn)行了仿真，并對照原圖給出了對比，做出了相應(yīng)的分析。</p><p>　　總結(jié)，本章對前面的內(nèi)容進(jìn)行了小結(jié)，并闡

105、述了今后會進(jìn)行的研究方向和要做的要點(diǎn)。</p><p><b>　　第二章 體驗(yàn)質(zhì)量</b></p><p><b>　　一、體驗(yàn)質(zhì)量的概念</b></p><p>　　體驗(yàn)質(zhì)量是指終端用戶對整個應(yīng)用或服務(wù)的質(zhì)量和性能(包括有效性、可用性、性價比等方面)的綜合主觀感受，即從業(yè)務(wù)應(yīng)用的舒適度來定義的。</p>

106、<p>　　提到體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)，必然要聯(lián)想到服務(wù)質(zhì)量(QoS)，它可以認(rèn)為是體驗(yàn)質(zhì)量的前身。ITU-T Rec E.800最初定義服務(wù)質(zhì)量為“決定用戶滿意程度的服務(wù)性能的綜合效果”。 然而長期的使用使得無線通信系統(tǒng)對QoS的理解變得狹隘，最終只反映到“吞吐量、丟包率、時延、抖動”這些常見的指標(biāo)上，忽略了作為主體的用戶的滿意程度。</p><p>　　運(yùn)營商最終目標(biāo)是為終端用戶提供各式各樣的視頻業(yè)務(wù)并

107、帶來方便，所以用戶的需求是最重要的。然而每個用戶對服務(wù)及視頻質(zhì)量的評價是根據(jù)其自身的具體感受形成的，是主觀的。在這種情況下，可以用“體驗(yàn)質(zhì)量”的概念來了解相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)性能。而且由于現(xiàn)階段無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的分布越來越廣泛，相應(yīng)的人們的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下相關(guān)服務(wù)的要求也越來越高，與此同時，基站及移動設(shè)備都擁有了相比以往更加強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲能力，這使得以計(jì)算和存儲換取用戶體驗(yàn)質(zhì)量的提升成為可能。</p><p>　

108、　二、體驗(yàn)質(zhì)量的衡量指標(biāo)</p><p>　　如何確定體驗(yàn)質(zhì)量的好壞一直以來都是個棘手的問題。對視頻、圖像、語音來說，目前常用的方法是召集一批觀察者，讓觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定好的評價標(biāo)準(zhǔn)以及自己的經(jīng)驗(yàn)對給出的對象進(jìn)行質(zhì)量判斷和打分，并對所有觀察者給出的分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)平均，但是由于人的主觀性及觀察者的單體差異性，對于同樣的視頻、圖像、語音，不同的人的感受是不一樣的。為此許多研究機(jī)構(gòu)提出了描述體驗(yàn)質(zhì)量不同的衡量指標(biāo)，主

109、要針對對象是視頻，因此下面的幾項(xiàng)衡量指標(biāo)都是基于視頻的體驗(yàn)質(zhì)量而提出的。</p><p>　　平均意見得分(MOS)[10]是用于衡量體驗(yàn)質(zhì)量十分常見的指標(biāo)。體驗(yàn)質(zhì)量本身是一個主觀的概念，體現(xiàn)的是被服務(wù)者對服務(wù)的滿意程度，而滿意程度也需要一個參數(shù)來體現(xiàn)，因此出現(xiàn)了MOS的概念。</p><p>　　最初MOS出現(xiàn)是作為衡量通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的重要指標(biāo)而存在的，具體做法是讓被測試者在一個安靜的

110、房間內(nèi)為聽到的聲音打分。表2.1為MOS與話音質(zhì)量間的對應(yīng)關(guān)系。</p><p>　　表2.1 話音質(zhì)量與MOS對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　從上表可以看出，MOS打分為1~5分，其中1分最差，5分最好，最后的得分是很多被測試者的平均得分。將這種針對語音的MOS打分方式延伸，人們可以得到針對其他對象的MOS打分方式，最后得分可以進(jìn)行更改，并不局限于上述的1~5，有些打分方式介于0~5分，有

111、些介于0~100分。從測試的方法可以看出，這種得分需要經(jīng)過人為實(shí)驗(yàn)得出，需要很多被測試者進(jìn)行相關(guān)打分，環(huán)境的設(shè)定也較為苛刻，為了簡化驗(yàn)證某種數(shù)學(xué)模型的操作，可以對這種MOS打分方式進(jìn)行建模。后文采用的是一種介于0~5分的MOS打分方式[17]。</p><p>　　除了MOS外，人們還提出了許多其他用于衡量視頻質(zhì)量的指標(biāo)，下面給出一些衡量指標(biāo)及其性能，在往后的研究過程中，針對不同的對象可以取用不同的衡量指標(biāo)。&l

112、t;/p><p>　　表2.2 各視頻質(zhì)量評估指標(biāo)性能[8]</p><p><b>　　三、體驗(yàn)質(zhì)量與視頻</b></p><p>　　將無線環(huán)境下的視頻傳輸作為研究體驗(yàn)質(zhì)量的載體，是因?yàn)橐曨l流的傳輸在很多特性上與人的感知有關(guān)。</p><p>　　首先，視頻流傳輸本身所要求的實(shí)時性和人對視頻的滿意程度是直接相關(guān)的，實(shí)時性

113、則體現(xiàn)在在用戶已經(jīng)選定所需要的視頻后初始延時的長短以及播放過程中的流暢程度，畢竟等的時間過長或者播放不流暢都會使用戶對視頻的評價下降[21](如圖2.1)，甚至有觀念認(rèn)為即使?fàn)奚跏紩r延也要阻止播放不流暢的事件發(fā)生。</p><p>　　其次，無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，傳輸流量急劇上升，為了更好的主觀感受，視頻產(chǎn)生了更高的分辨率，而隨之出現(xiàn)的，就是視頻文件的巨大化，相較傳統(tǒng)的下載，人們更傾向于在線觀看視頻或者在線獲取資料

114、，畢竟下載耗時比在線的流媒體初始延時要長得多，而且下載完成的文件在觀看完畢后對于沒有收藏需要的用戶來說，只是白白占用硬盤空間而已。</p><p>　　體驗(yàn)質(zhì)量本身并沒有十分明確清晰的定義，因此只要是和人體感知相關(guān)的內(nèi)容，都可以納入體驗(yàn)質(zhì)量的考慮范圍。既然卡頓和延時都會引起用戶對視頻滿意程度的下降，不妨從管理緩沖區(qū)和構(gòu)造延時策略的角度來考慮用戶對視頻的體驗(yàn)質(zhì)量。</p><p><b

115、>　　第三章 無線信道</b></p><p>　　對任意的通信系統(tǒng)而言，信道都是必不可少的組成部分，研究無線環(huán)境下的通信技術(shù)，必然涉及到無線信道，因此有必要了解無線信道的各種特性以及與體驗(yàn)質(zhì)量間的關(guān)系，下面會簡單介紹一下無線信道的特點(diǎn)，給出一些常用的無線信道模型。</p><p><b>　　一、無線信道的特點(diǎn)</b></p><

116、;p><b>　　1. 傳播的開放性</b></p><p>　　在理想情況下，無線電波的傳輸當(dāng)作直射波來看，直射波可按自由空間傳播來考慮，自由空間需要滿足的條件有均勻無損耗的無限大空間、各向同性、電導(dǎo)率為0，相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率恒為1，電波在自由空間傳播時，其能量既不會被障礙物吸收，也不會反射或者散射，但是由于輻射能量的擴(kuò)散，電波的傳播在經(jīng)過一段路徑后，其能量還是會受到一定的衰減

117、[3]。</p><p>　　通過推導(dǎo)，自由空間傳播損耗(即衰減)可定義為：</p><p>　　， (3.1)</p><p>　　其中：是發(fā)送功率，是接收功率。可看出自由空間中電波傳輸損耗只和工作頻率和傳播距離有關(guān)。因此無線電波傳播的越遠(yuǎn)，其衰減越嚴(yán)重，通俗點(diǎn)來講，離基站越遠(yuǎn)，信號越不好，另外，衰減還和工作頻率有關(guān)，不過對

118、于特定的無線基站，其工作頻段是固定的，不會有很大的變動，因此對于自由空間中傳播的無線電波而言，其衰減主要和距離有關(guān)。</p><p>　　根據(jù)以上直射波的特性，在保證一定發(fā)射功率的前提下，用戶在離基站較近的位置上都可以接收到信號，這是一種類似廣播的性質(zhì)。但是如果基站并不希望所有的用戶都能對收到的信號進(jìn)行解碼，譬如有些頻段的信號需要付費(fèi)才能接收，還有些頻段希望保密傳輸，另外一些非授權(quán)頻段(如藍(lán)牙，WiFi，Zigb

119、ee，WLAN，UWB等多個標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議使用的2.4GHz)的使用，容易泄露一些個人信息，于是這種安全性問題就是一個十分值得思考的難題了。</p><p>　　2. 接收環(huán)境的復(fù)雜性</p><p><b>　　(1) 衰落</b></p><p>　　無線環(huán)境是十分復(fù)雜的，各種各樣的障礙物、反射平面存在于無線環(huán)境中的各個角落，傳播介質(zhì)也多種多

120、樣，特性各異，不可能做到如自由空間傳播般只和單一的傳播距離還有工作頻率有關(guān)，無線電波本身的特性，導(dǎo)致傳輸?shù)耐緩蕉鄻踊?，下面簡單介紹一下無線電波的傳輸途徑。</p><p>　　直射 在障礙物較少的環(huán)境中的常見傳播方式，在障礙物較多的城市環(huán)境中如果發(fā)射天線和接收天線間的距離較長則很難做到。</p><p>　　繞射 在實(shí)際情況下，電波的直射路徑上存在各種障礙物，在傳播途徑中遇到大的障礙物時，

121、電波就會繞開障礙物向前傳播，而繞開障礙物會導(dǎo)致電波傳輸?shù)膿p耗增加。</p><p>　　反射 電波傳播過程中，如果遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時，如果界面尺寸比電波波長大得多，就會產(chǎn)生鏡面反射，比如大地和空氣就是兩種不同的介質(zhì)，所以地面反射波是一種常見的反射形式。</p><p>　　散射 和繞射類似，如果電波在傳播過程中遇到尺寸較小的障礙物時，電波就會朝各個方向傳播。</p>

122、<p>　　折射 在實(shí)際的移動信道中，電波在低層大氣中傳播，而據(jù)我們所知，低層大氣并非均勻介質(zhì)，隨著時間和空間的變化，低層大氣的溫度、濕度、氣壓都會產(chǎn)生一定的變化，于是介質(zhì)的折射率和相對介電常數(shù)等也會相應(yīng)產(chǎn)生變化，根據(jù)折射定律，電波傳播速度和大氣折射率成反比，這樣，不同高度的電波傳播速度不同，電波傳播方向發(fā)生彎曲，產(chǎn)生了電波的折射。</p><p>　　吸收 分子、原子一般都具有一定吸收電磁波的能力，

123、當(dāng)高頻電磁波的能量對它們輻射時，它們吸收能量、躍遷、回躍，以另外一種能量形式的釋放出來，尤其金屬元素對電磁波的吸收尤為嚴(yán)重，甚至可能會出現(xiàn)屏蔽信號的現(xiàn)象。因此吸收也列入電波傳輸中值得考慮的問題之一。</p><p>　　根據(jù)以上介紹，電波由于周圍環(huán)境的復(fù)雜性會產(chǎn)生出各種各樣的傳播方式，于是作為接收方的用戶接收到的信號就是來自多種傳播方式的信號之和。然而，正是由于傳播方式的不同，到達(dá)信號的幅度和相位也會有很大的差異

124、，于是合成以后的信號波產(chǎn)生隨機(jī)的變化，形成總的接收場的衰落，即多徑效應(yīng)，產(chǎn)生的衰落稱為多徑衰落。</p><p>　　在無線環(huán)境中，電磁波經(jīng)多徑傳輸?shù)竭_(dá)接收機(jī)后， 如果沒有直射的信號，則總信號的強(qiáng)度服從瑞利分布。同時由于接收機(jī)的移動及其他原因，信號幅度和相位等特性又在起伏變化，故稱為瑞利衰落。如果經(jīng)多徑傳輸?shù)竭_(dá)接收機(jī)，多路信號中含有直接從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的直射信號，那么總信號的強(qiáng)度服從萊斯分布，故稱為萊斯衰落。&l

125、t;/p><p><b>　　(2) 干擾</b></p><p>　　除了客觀環(huán)境中存在的尺寸形態(tài)各異的障礙物、性質(zhì)各不相同的介質(zhì)、隨時間隨機(jī)變化的溫度濕度氣壓等客觀條件以外，還有來自于其他發(fā)射機(jī)的干擾。</p><p>　　由于無線信號的傳輸載體還是無線電波，適合于通信的無線電波波長受到常見障礙物的尺寸限制，然而無線電波的波長和頻率有關(guān)，因此，

126、實(shí)際上的無線傳播可用的頻率資源是有限的，針對此問題，目前已經(jīng)有很多的研究機(jī)構(gòu)提出了各式各樣的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，以合理利用資源?，F(xiàn)今WiFi、2G、3G、4G、藍(lán)牙等無線技術(shù)已經(jīng)存在于生活中的各個角落，大大提高了人們接入無線網(wǎng)的速度、擴(kuò)大了人們得到無線網(wǎng)絡(luò)的資源，然而正因如此，盡管可以做到滿屋子都是信號，卻也導(dǎo)致了滿屋子的都可能是干擾。尤其像現(xiàn)在，可用頻率資源越來越少，人們更多的關(guān)注于增加頻譜利用率，可是頻譜利用率的增加必然會導(dǎo)致使用所使用的中心

127、頻點(diǎn)的靠近，從而使產(chǎn)生干擾的概率上升。體現(xiàn)的尤為嚴(yán)重的就是蜂窩網(wǎng)的使用，因?yàn)榉涓C網(wǎng)基站的覆蓋范圍較廣，一個基站的服務(wù)面積較大，而基站的布置也相對密集，容易在覆蓋交疊部分產(chǎn)生干擾，即區(qū)間干擾，而與之相對的就是小區(qū)內(nèi)的干擾[2]，這部分的干擾主要來自多徑衰落、延時等帶來的符號間的串?dāng)_以及為了提高頻譜利用率而使用多址技術(shù)所帶來的來自其他用戶的信號干擾。</p><p>　　3. 用戶的隨機(jī)移動性</p>

128、<p>　　有線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備連線使得用戶的活動范圍受限，為了使用戶能夠得到更便捷更舒適的服務(wù)，才出現(xiàn)了無線的概念。無線相比有線的優(yōu)點(diǎn)是不受外部連線的限制，擴(kuò)大用戶的活動范圍，用戶能在更廣闊的區(qū)域內(nèi)得到服務(wù)，但是無線網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，容易受外界環(huán)境的干擾，而且由于衰落、干擾、移動性等特性，無線網(wǎng)絡(luò)的速度受到了很大的限制。</p><p>　　無線網(wǎng)的出現(xiàn)使得用戶的行動更加自由，人們可以在很大范圍的地域內(nèi)得到話音業(yè)

129、務(wù)的服務(wù)，無論室內(nèi)還是室外都可以很方便的接入網(wǎng)絡(luò)享受網(wǎng)上沖浪的快感。使用無線網(wǎng)絡(luò)的用戶在逐漸增多，對業(yè)務(wù)的要求也逐漸增高，而用戶的移動性也在增大，對應(yīng)用戶所處的位置，用戶能夠獲取到的資源也會產(chǎn)生相應(yīng)的改變。</p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)[8]，人的移動性在某種程度上是可以預(yù)測的，對于某個固定的用戶來說，其生活習(xí)慣、日常作息、個人喜好等信息都是可以記錄下來并作為參考的，鑒于此，特定時段內(nèi)用戶可能會經(jīng)過的區(qū)域、位置等

130、信息也是可以知道的。另外，可以利用GPS、基站與用戶的距離、地形變化等定位信息以某種概率預(yù)測用戶的下一個移動位置。利用位置的預(yù)測信息和信道的相關(guān)信息，可以做出某種決策模型，針對不同的對象進(jìn)行優(yōu)化，以提高體驗(yàn)質(zhì)量為最終目標(biāo)，得出最佳的資源分配策略。</p><p><b>　　二、無線信道模型</b></p><p>　　由于本論文更加關(guān)心最后用戶能夠得到多少資源，并不

131、十分在意傳輸衰減的問題。實(shí)際的無線信道傳輸過程中，基站會監(jiān)測當(dāng)前信道狀態(tài)從而決定究竟采用何種調(diào)制編碼方式，不同的調(diào)制編碼方式會產(chǎn)生不同的傳輸速率和失真度。但反過來也可以看作是在某種特定的調(diào)制編碼方式下信道狀態(tài)是一定的，因此可以將復(fù)雜的無線信道狀態(tài)變遷簡化成僅有幾個狀態(tài)相互轉(zhuǎn)移，下面著重介紹一下針對這種簡化后的離散狀態(tài)常常會用到的兩種無線信道模型。</p><p><b>　　1. 馬爾可夫模型</

132、b></p><p>　　馬爾可夫模型是建立在馬爾可夫過程[12]基礎(chǔ)上的模型，馬爾可夫過程是一類隨機(jī)過程，其特點(diǎn)是無后效性，所謂的無后效性指的是在已知目前狀態(tài)的前提下，將來的狀態(tài)與過去的狀態(tài)無關(guān)，那些時間離散、狀態(tài)離散的馬爾可夫過程稱為馬爾可夫鏈。馬爾可夫鏈定義如下：</p><p>　　設(shè)有隨機(jī)過程，若對于任意的整數(shù)(為離散的時間集合且)和任意的(為離散的狀態(tài)集合且)，條件概率滿

133、足：</p><p>　　， (3.2)</p><p><b>　　則稱為馬爾可夫鏈。</b></p><p>　　關(guān)于該過程的研究，1931年A.H.柯爾莫哥洛夫在《概率論的解析方法》一文中首先將微分方程等分析的方法用于這類過程，奠定了馬爾可夫過程的理論基礎(chǔ)。一般處理問題采用基于劃分時隙的辦法，無論在一個時段之內(nèi)時隙大小是相同的還是

134、不同時段之內(nèi)時隙大小是不同的，都按時隙的先后順序以及一個時隙內(nèi)所處的狀態(tài)進(jìn)行處理，這樣，在已知一定概率的先驗(yàn)信息的情況下，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)來預(yù)測下個狀態(tài)的可能分布，可以將處理馬爾可夫鏈的思想應(yīng)用在這種場景下。</p><p>　　圖3.1 四階馬爾可夫鏈?zhǔn)疽鈭D</p><p>　　馬爾可夫鏈?zhǔn)且粋€建立在隨機(jī)過程之上的數(shù)學(xué)模型，基于馬爾可夫過程假設(shè)，系統(tǒng)的狀態(tài)是有限的，可以看作在足夠短的時間內(nèi)，

135、信道狀態(tài)是不變的，系統(tǒng)在幾個有限的狀態(tài)內(nèi)變遷。利用馬爾可夫模型處理時隙資源的分配，一方面可以建立馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣來對用戶的習(xí)慣、無線信道狀態(tài)的變遷等進(jìn)行建模，另一方面也可以利用一定先驗(yàn)信息的馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣來隨機(jī)生成得到馬爾可夫鏈，之后利用蒙特卡洛仿真來得到比較貼近真實(shí)情況的概率事件。</p><p><b>　　2. 吉爾伯特模型</b></p><p>　　比較經(jīng)

136、典的噪聲信道模型采用二進(jìn)制來表示，這種信道記錄的是一個數(shù)據(jù)包的傳輸情況，“1”表示數(shù)據(jù)包成功傳輸，“0”表示數(shù)據(jù)包丟失，這種信道模型是無記憶的。平均丟包率常用來描述一個網(wǎng)絡(luò)的丟包特性，而且丟包率在某種程度上可以作為衡量用戶體驗(yàn)質(zhì)量的指標(biāo)，但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中信道則不同，通常來說是有“記憶”的，丟包之間會存在一種短暫的相關(guān)性，因此提出了吉爾伯特模型來描述網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)丟包現(xiàn)象，這種模型是由吉爾伯特在1960年提出的。事實(shí)上吉爾伯特模型是一種特殊的馬

137、爾可夫模型，它描述的是兩種狀態(tài)之間的變遷，下面簡單介紹模型，如圖3.2。</p><p>　　圖3.2 二階馬爾可夫鏈?zhǔn)疽鈭D</p><p>　　圖3.2描述的是一個隨機(jī)事件的發(fā)生概率以及變遷，假設(shè)一個隨機(jī)變量滿足：</p><p>　　“數(shù)據(jù)包正確到達(dá)目的地”，</p><p><b>　　“數(shù)據(jù)包丟失”。</b>&l

138、t;/p><p>　　概率p表示由“0”狀態(tài)轉(zhuǎn)變到“1” 狀態(tài)的概率，q表示由“1”狀態(tài)轉(zhuǎn)變到“0”狀態(tài)的概率。p又可以表示為P01，其表達(dá)式為：</p><p>　　， (3.3)</p><p>　　其中：“發(fā)生丟包事件”指的是正在發(fā)包但是包丟失了，因此連續(xù)丟包只算一次，“發(fā)生丟包事件的次數(shù)” 即為從狀態(tài)0轉(zhuǎn)變到狀態(tài)1的次數(shù)，同時也是從狀態(tài)1轉(zhuǎn)變到

139、狀態(tài)0的次數(shù)。同樣，q又可以表示為P10，由于從1狀態(tài)轉(zhuǎn)變到狀態(tài)0的次數(shù)等于從狀態(tài)0轉(zhuǎn)變到狀態(tài)1的次數(shù)，因此得到：</p><p>　　()， (3.4)</p><p>　　1-p表示為P00，即，1-q表示為P11，即。</p><p>　　上述吉爾伯特模型只是很簡易的描述了網(wǎng)絡(luò)的丟包情況，因此有人提出了擴(kuò)展吉爾伯特模型，這樣更加清楚的描述網(wǎng)絡(luò)

140、的擁塞情況，圖3.3是擴(kuò)展吉爾伯特模型[11]的示意圖。</p><p>　　圖3.3 擴(kuò)展吉爾伯特模型示意圖</p><p>　　圖3.3中：Sk表示的是連續(xù)丟包的數(shù)目為k，這樣，擴(kuò)展吉爾伯特模型比普通的吉爾伯特模型多了連續(xù)丟包數(shù)的內(nèi)容，由于網(wǎng)絡(luò)擁塞或其他原因引起的丟包數(shù)一般來說不會太大，所以這樣記錄少量幾個丟包情況的模型相比普通的吉爾伯特模型來說可以更加精確的對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行說明。而且這

141、種模型也是一種特殊的馬爾可夫模型，可以直接套用轉(zhuǎn)移矩陣的形式來進(jìn)行仿真。</p><p>　　在實(shí)際的無線傳輸過程中，基站并非一直以恒定速率傳輸，為了更加適應(yīng)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。根據(jù)前面的介紹，無線環(huán)境十分復(fù)雜，無法得知當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會對下一刻的網(wǎng)絡(luò)傳輸產(chǎn)生怎樣的影響，利用當(dāng)前信息來調(diào)整調(diào)制編碼方案是現(xiàn)行的做法，基站監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的一些指標(biāo)(如SINR)，從而根據(jù)不同情況決定當(dāng)前時刻究竟采用怎樣的調(diào)制編碼方案[15]，

142、不同的調(diào)制編碼方案會產(chǎn)生不同的傳輸速率，當(dāng)然也會因此產(chǎn)生不同程度的丟包率、失真度等等。上述的兩種模型都能在某種程度上還原實(shí)際情況，后文的仿真將采用擴(kuò)展吉爾伯特模型。</p><p>　　三、無線環(huán)境下的體驗(yàn)質(zhì)量</p><p>　　相較有線環(huán)境，無線環(huán)境下的體驗(yàn)質(zhì)量更加的“難以捉摸”，由于上述無線環(huán)境的復(fù)雜性，導(dǎo)致用戶可能有時“在線”，有時“離線”，畢竟基站不可能每時每刻任何地點(diǎn)都在向每個

143、用戶提供服務(wù)，而不像有線環(huán)境下大部分用戶在固定的時間段內(nèi)都是“在線”的，只要向服務(wù)器請求，剩下的只是傳輸時間的問題?！霸诰€”情況下，基站可以進(jìn)行宏觀的調(diào)控，從全局角度進(jìn)行資源分配，而“離線”情況下，用戶則只能靠自身設(shè)備的能力來減輕體驗(yàn)質(zhì)量的下降。無線信道“時好時壞”，傳輸速率隨著各種環(huán)境因素以及用戶的移動千變?nèi)f化，在這種環(huán)境下改善用戶的體驗(yàn)質(zhì)量變得更加艱難。</p><p>　　另外，用戶的行為習(xí)慣的確有助于研究

144、體驗(yàn)質(zhì)量，但是行為習(xí)慣這種較為隱私的數(shù)據(jù)用戶可能并不希望泄露出去，因此在提升用戶體驗(yàn)質(zhì)量的同時，還應(yīng)考慮通信安全性的問題。現(xiàn)今無線頻段資源慢慢呈現(xiàn)缺乏的態(tài)勢，為了珍惜利用已有頻段，已經(jīng)有很多的復(fù)用方式被提出以緩解這種資源緊缺的狀況，然而隨之而來的就是同頻段內(nèi)的干擾問題，用戶請求獲得了響應(yīng)卻得不到完好的服務(wù)，這也是在提升用戶體驗(yàn)質(zhì)量過程中應(yīng)極力避免的。</p><p><b>　　第四章 視頻流傳輸<

145、;/b></p><p>　　一、視頻傳輸相關(guān)曲線分析</p><p>　　由于視頻幀的像素信息在時間上和空間上都存在一定的冗余，因此視頻流在無線信道中傳輸之前，需要在發(fā)送端經(jīng)過一系列的幀間預(yù)測、幀內(nèi)預(yù)測、運(yùn)動估計(jì)、壓縮編碼等操作來減小信息冗余，根據(jù)不同的要求會采取不同的壓縮方式，即所謂的“格式”，常見的視頻編碼有MPEG系列和H.26x系列。</p><p>

146、;　　視頻流以數(shù)據(jù)包的形式經(jīng)過無線信道，由于已經(jīng)介紹過的無線信道特點(diǎn)，使得無線信道在宏觀上表現(xiàn)為傳輸速率不穩(wěn)定，可以采用上述馬爾可夫模型或者吉爾伯特模型對信道進(jìn)行模擬。</p><p>　　最后視頻流在接收端接收，現(xiàn)在的設(shè)備在計(jì)算能力上相較以往的設(shè)備已經(jīng)有了很大的提升，提升體驗(yàn)質(zhì)量的途徑有很多種，其中一種就是借由接收設(shè)備的計(jì)算能力來提升通信的質(zhì)量，從而改善人們可以感受的體驗(yàn)質(zhì)量，因此將焦點(diǎn)放在接收端需要處理的過程

147、，下面就視頻在接收端可能會處理的一些曲線進(jìn)行介紹，圖4.1同樣作為后文仿真的示意圖。</p><p>　　圖4.1 接收端視頻傳輸各類曲線</p><p>　　圖4.1是流暢播放情況下的一些曲線圖，其中：橫坐標(biāo)代表視頻播放的時間，縱坐標(biāo)代表接收端做接收到的數(shù)據(jù)量。表4.1給出的是圖4.1中出現(xiàn)的一些符號所代表的物理含義。由于后文的分析中會用到各個曲線的物理意義，因此在這里做出相應(yīng)的說明。&

148、lt;/p><p>　　表4.1 傳輸曲線物理含義</p><p>　　播放曲線描述的是用戶在播放過程中累計(jì)的數(shù)據(jù)量，因此，其斜率代表的是數(shù)據(jù)播放的速率，如果將縱坐標(biāo)換成幀數(shù)的話，那么其斜率代表的就是播放的幀率，對于恒定幀率播放的視頻而言，其斜率是一個常數(shù)，那么這樣得到的播放曲線就是一條筆直的斜線。圖中描述的情況是視頻在播放過程中一次都沒有出現(xiàn)卡頓或者花屏的現(xiàn)象，因此其播放曲線和視頻本身的特性

149、是直接重合的，并沒有因?yàn)樯鲜霈F(xiàn)象而導(dǎo)致某些點(diǎn)及以后的曲線的平移。實(shí)際中的播放曲線則可能并不會像圖中那樣完美，在速率不足或者速率過大的情況下會因?yàn)椴煌木彌_策略導(dǎo)致不同的偏移。</p><p>　　接收曲線指的是在接收端接收到的數(shù)據(jù)量之和，但是由于網(wǎng)絡(luò)丟包、延時等作用，會發(fā)現(xiàn)雖然已達(dá)到一定的接收數(shù)據(jù)量，但是此數(shù)據(jù)量所對應(yīng)的視頻幀卻無法解碼播放，因此考慮到應(yīng)該在接收端處設(shè)立解碼緩存和防抖動緩存來調(diào)整接收到的數(shù)據(jù)，用于

150、保證此時播放出來的數(shù)據(jù)對應(yīng)當(dāng)前時刻應(yīng)該播放的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　二、視頻接收技術(shù)</b></p><p>　　視頻在接收端接收以包的形式出現(xiàn)，至于如何處理接收到的包，則涉及到接收端所采用的接收技術(shù)，下面簡要介紹接收端相關(guān)技術(shù)。</p><p>　　圖4.2 UMTS網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸流程</p><p>　　

151、圖4.2是UMTS網(wǎng)絡(luò)中傳輸視頻全過程示意圖[15]，下面大致說明流程：首先原始的視頻在經(jīng)過編碼器之后變成了變比特率視頻(每幀大小不同，因?yàn)橛行恍柙趨⒖紟A(chǔ)上加上差值即可，所以相對小一點(diǎn))，視頻由發(fā)送方發(fā)送到服務(wù)器上，假定以勻速速率發(fā)送(根據(jù)前面描述，無線環(huán)境下做到勻速發(fā)送十分困難)，接收方接收到的數(shù)據(jù)包因?yàn)檠訒r、丟包等造成數(shù)據(jù)包亂序，接收的速率也根據(jù)時間改變，因此設(shè)立了一個去抖動緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)包經(jīng)過抖動緩沖區(qū)后變成正常序列，但是用

152、戶無法直接拿數(shù)據(jù)包播放，需要首先對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，為了放置剛剛?cè)ザ秳油瓿傻臄?shù)據(jù)包，設(shè)立了解碼緩沖區(qū)。</p><p>　　下面對上述過程中出現(xiàn)的緩沖和延時進(jìn)行更詳細(xì)的說明。</p><p><b>　　1. 緩沖</b></p><p>　　如圖4.2，圖中出現(xiàn)了兩個緩沖區(qū)，一個去抖動緩沖區(qū)，一個解碼緩沖區(qū)，都用于緩存已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)包。但是，

153、為什么要設(shè)立緩沖區(qū)呢？其目的就是使接下來的一段時間之內(nèi)有可供播放的內(nèi)容，有線網(wǎng)內(nèi)播放視頻時也會出現(xiàn)網(wǎng)速很慢的情況，有了一定的緩沖，在接下來一段時間之內(nèi)即使完全沒有接收速度，一樣的可以保證用戶在一定時間之內(nèi)可以播放視頻，這段時間可能又有新的數(shù)據(jù)接收，如此循環(huán)，可以一定限度內(nèi)保證視頻不會出現(xiàn)卡頓的情況。</p><p>　　緩沖區(qū)可以保證視頻播放流暢，那么是不是可以設(shè)很大，這樣就永遠(yuǎn)都不會出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象了呢？答案是否定

154、的，現(xiàn)在的硬件設(shè)備雖然已經(jīng)和以前相比已經(jīng)有了很大的提升，但是并沒有達(dá)到可以要多大的緩沖區(qū)就可以有多大的緩沖區(qū)的程度，依然有一定的限制，大的緩沖區(qū)反而會造成資源的浪費(fèi)，另外緩沖區(qū)過大會導(dǎo)致時延更嚴(yán)重，這也是播放視頻時所不愿看到的，當(dāng)然，如果日后硬件上得到了長足的發(fā)展并可以支持更大的緩沖區(qū)大小，自然可以達(dá)到更高的要求。</p><p>　　在緩沖區(qū)大小確定之后，速率應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)的控制，既不能太小，這樣會造成緩沖區(qū)空，

155、沒有可以解碼的內(nèi)容，自然發(fā)生卡頓，也不能太大，這樣會造成緩沖區(qū)溢出，溢出的部分視為直接丟棄，像現(xiàn)在的實(shí)時視頻，流動性很大，人們可能并不會再去重新緩沖那部分，但是丟棄數(shù)據(jù)包又會導(dǎo)致幀丟失，即花屏，使得體驗(yàn)質(zhì)量下降。</p><p><b>　　2. 延時</b></p><p>　　延時是作為緩沖的配合而存在的，受到接收速率的限制，剛收到的數(shù)據(jù)可能無法構(gòu)成完整的一幀，更

156、何況要播放視頻可能要等到所有的參考幀都到齊了才能播放，因此一定大小的初始延時是必要的，但是，和緩沖區(qū)大小一樣，延時也不能太大，這倒不是受到硬件設(shè)備的限制，而是在很長的延時下，用戶會對所要求的服務(wù)產(chǎn)生質(zhì)疑，最終甚至?xí)艞?，這點(diǎn)也是提升體驗(yàn)質(zhì)量時最不愿看到的事。因此，決定到底需要多長的初始延時和緩沖延時也是十分值得注意的內(nèi)容。</p><p>　　三、無線視頻相關(guān)要求</p><p>　　下面

157、給出一些現(xiàn)行的一些對于視頻播放質(zhì)量的要求[16]。</p><p>　　1）視頻加入時間，指的是從向服務(wù)器或基站請求開始到播放器開始播放視頻的延時，對于用戶來說，這段時間當(dāng)然是越短越好，現(xiàn)在流媒體盛行的大背景下，實(shí)時性的要求也越來越高，這項(xiàng)要求可以作為體現(xiàn)實(shí)時性的一項(xiàng)指標(biāo)。為了節(jié)省這段時間，已經(jīng)有許多的研究機(jī)構(gòu)提出了各種方案，例如設(shè)置CDN、采用代理緩存、利用D2D實(shí)現(xiàn)近距離通信等等。</p>&l

158、t;p>　　2）緩沖比例，指的是緩沖的時間占據(jù)播放全程時間的比例，對于用戶來說自然這個比例越小越好。</p><p>　　3）緩沖次數(shù)比率，指的是緩沖的次數(shù)與播放全程時間的比，對于不同的緩沖策略，一次緩沖時間可能不盡相同，因此，可能有些緩沖策略會造成總的緩沖時間并不長，但是緩沖的次數(shù)特別高，因此提出這項(xiàng)要求。</p><p>　　4）平均比特率，指的是視頻本身的平均比特率，此項(xiàng)要求和

159、視頻本身的質(zhì)量有關(guān)，但是不同的編碼方式可能會帶來不同的比特率，因此盡量在相同編碼方式下進(jìn)行這項(xiàng)要求的比較。</p><p>　　5）視頻幀率，指的是視頻播放的幀率，播放相同內(nèi)容的視頻，幀率越高，自然用戶可以捕捉到的細(xì)節(jié)越多，視頻更加符合人們的要求。</p><p>　　從上面的描述也可以看出，對視頻傳輸?shù)囊髱缀醵际菑挠脩舻慕嵌瘸霭l(fā)所做的考慮，這點(diǎn)也更加明確了視頻傳輸與體驗(yàn)質(zhì)量間的關(guān)系。本

160、論文想做的工作是在提升體驗(yàn)質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行視頻傳輸，為了更加明確時延與緩沖區(qū)大小和體驗(yàn)質(zhì)量間的關(guān)系，不妨引入MOS參數(shù)[17] ，并進(jìn)行緩沖區(qū)大小和延時與MOS間關(guān)系的仿真， MOS的表達(dá)式如下：</p><p>　　[]， (4.1)</p><p>　　其中：FR指的是幀率，SBR指的是發(fā)送比特率，DP指的丟包率。根據(jù)前述，MOS的表達(dá)式多種多樣，本論文只采用了其中的一種，

161、根據(jù)參考文獻(xiàn)[17]，(4.1)中 分別設(shè)為4.9027，-0.10068，0.30128，2.30327，7.21067。圖5.25給出的是初始延時為4.5s、幀率為25幀/秒、數(shù)據(jù)包大小為5000bit、無線信道采用前述的二階擴(kuò)展吉爾伯特模型時，緩沖區(qū)大小與MOS之間的關(guān)系曲線，期望的結(jié)果是緩沖區(qū)過小或者過大時，MOS都保持比較穩(wěn)定的值。</p><p>　　圖4.3 緩沖區(qū)大小與MOS間的關(guān)系</p&

162、gt;<p>　　圖4.4 初始延時大小與MOS間的關(guān)系</p><p>　　可以看到，緩沖區(qū)大小在超過460000bit時，MOS的數(shù)值幾乎沒有變化，小于460000bit時以比較快的速度上升，低于380000bit時幾乎也沒什么變化，這和預(yù)期一致。緩沖區(qū)較小時，雖然能夠存放幾幀但是依然很容易造成卡頓，緩沖區(qū)過大時，基本上沒什么感覺上的變化，因此可以考慮將一部分多余緩沖區(qū)所占用的資源空出來再進(jìn)行分

163、配。</p><p>　　圖5.26給出的是延時與MOS之間的仿真圖，緩沖區(qū)大小設(shè)為400000bit，其他參數(shù)與圖5.25參數(shù)一致。很明顯看到，當(dāng)延時低于2.5s時，MOS依然可以保持比較高的數(shù)值，但是在超過2.5s后，MOS急劇下降，到5.5s左右趨于平穩(wěn)，這點(diǎn)也和預(yù)期結(jié)果一致。</p><p>　　從以上的結(jié)果也可以看出緩沖區(qū)大小和延時對MOS的影響有相似之處，那么究竟緩沖區(qū)大小和延