實(shí)時(shí)流媒體系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、視頻壓縮技術(shù)、高帶寬存儲(chǔ)設(shè)備和寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在Internet上的實(shí)時(shí)流媒體應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。然而，當(dāng)前的Internet網(wǎng)絡(luò)以盡力而為(Best-effort)的方式提供數(shù)據(jù)傳輸，帶寬波動(dòng)、延遲抖動(dòng)和丟包等現(xiàn)象時(shí)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的波動(dòng)。為此，希望采用可伸縮性編碼(Scalable Coding)來提供網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)(Network adaptive)的流媒體服務(wù)?；谖黄矫婢幋a的

2、精細(xì)可伸縮性編碼方法(Fine Granular Scalalbe，F(xiàn)GS)已經(jīng)被MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)接受，提供了細(xì)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(qiáng)層碼流。基本層碼流必須傳輸，并且碼率較低；增強(qiáng)層碼流可以根據(jù)帶寬網(wǎng)絡(luò)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(gè)很大的范圍內(nèi)自適應(yīng)調(diào)整，因此能夠適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)帶寬波動(dòng)。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(shí)時(shí)流媒體服務(wù)。主要貢獻(xiàn)如下：

3、 1.本論文提出了基于端到端的網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的實(shí)時(shí)流媒體系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。在這個(gè)框架中，我們引入了“實(shí)時(shí)”的概念，也就是，每一個(gè)數(shù)據(jù)包應(yīng)該在一定的最終期限(Deadline)之前達(dá)到客戶端，否則將不能被解碼。這是本論文的出發(fā)點(diǎn)。 2．本論文分析了可伸縮性流媒體的實(shí)時(shí)特征，并提出了基于分層的實(shí)時(shí)調(diào)度算法。在此基礎(chǔ)上，本論文還提出了一個(gè)基于不精確計(jì)算(Impricise computation)的負(fù)載模型(Workload Model)和實(shí)

4、時(shí)調(diào)度算法來處理可伸縮性流媒體的調(diào)度任務(wù)。每一個(gè)可伸縮性的視頻流的調(diào)度任務(wù)被分成兩部分：強(qiáng)制執(zhí)行的子任務(wù)(Mandatory subtask)和可選擇執(zhí)行的子任務(wù)(Optional subtask)。強(qiáng)制執(zhí)行的子任務(wù)用于調(diào)度基本層的數(shù)據(jù)，可選擇執(zhí)行的子任務(wù)用于調(diào)度增強(qiáng)層的數(shù)據(jù)包，不同的子任務(wù)采用不同的優(yōu)先級(jí)?；诓痪_計(jì)算負(fù)載模型和實(shí)時(shí)調(diào)度算法為網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的可伸縮性流媒體服務(wù)提供了靈活的調(diào)度策略，增強(qiáng)了系統(tǒng)的容錯(cuò)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(fù)雜度使得其可以在實(shí)際的系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)。 3．本論文提出了一個(gè)在線平滑的調(diào)度算法，在可用網(wǎng)絡(luò)帶寬波動(dòng)的情況下，能夠提供較平滑的視頻質(zhì)量。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的波動(dòng)和不可預(yù)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(dòng)的視頻質(zhì)量。該算法采用了基于失真度的性能評(píng)價(jià)函數(shù)并結(jié)合實(shí)時(shí)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(dòng)最小的同時(shí)，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的利用率。

6、 4．本論文提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)的資源分配策略為并發(fā)的多用戶公平地分配服務(wù)器資源。由于流媒體服務(wù)器資源有限，特別服務(wù)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(shí)刻帶寬的波動(dòng)不相同，傳輸碼流的碼率也不相同。根據(jù)每個(gè)用戶的可用帶寬和碼流的碼率狀況，動(dòng)態(tài)、公平地分配服務(wù)器資源。該策略不僅可以公平地分配服務(wù)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(yīng)用中，用戶希望能夠提供交互式的VCR功能，如倒放、快進(jìn)、快退、隨機(jī)訪問等操作。為了支持VCR功能，在服務(wù)器端存儲(chǔ)正放和倒放的FGS的基本層碼流。兩個(gè)碼流中的預(yù)測編碼的幀采用在變換域中進(jìn)行預(yù)測，并對預(yù)測誤差進(jìn)行量化，即使采用不同的預(yù)測圖象，也可以得到相同的重建圖象，從而兩個(gè)基本層可共用一個(gè)相同的增強(qiáng)層碼流。在此基礎(chǔ)上，來實(shí)現(xiàn)面向網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的VCR功能的支