论文题目: 实时流媒体系统若干关键技术的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机应用技术
作者: 高奎
导师: 高文
关键词: 视频流,精细可伸缩编码,实时调度,平滑,网络自适应
文献来源: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来随着计算机技术、视频压缩技术、高带宽存储设备和宽带网络的发展,在Internet上的实时流媒体应用应运而生。然而,当前的Internet网络以尽力而为(Best-effort)的方式提供数据传输,带宽波动、延迟抖动和丢包等现象时有发生。传统的非伸缩性编码方法产生的码流不能适应网络带宽的波动。为此,希望采用可伸缩性编码(Scalable Coding)来提供网络自适应(Network adaptive)的流媒体服务。基于位平面编码的精细可伸缩性编码方法(Fine Granular Scalalbe, FGS)已经被MPEG-4标准接受,提供了细粒度的可伸缩性。该编码方法通常生成两种视频流:基本层码流和增强层码流。基本层码流必须传输,并且码率较低;增强层码流可以根据带宽网络状况任意截取,甚至可以不传。由于可伸缩性码流可以在一个很大的范围内自适应调整,因此能够适应复杂的网络带宽波动。本论文主要研究如何选择和调度数据包,来提供交互式的实时流媒体服务。主要贡献如下:1.本论文提出了基于端到端的网络自适应的实时流媒体系统体系结构。在这个框架中,我们引入了“实时”的概念,也就是,每一个数据包应该在一定的最终期限(Deadline)之前达到客户端,否则将不能被解码。这是本论文的出发点。2.本论文分析了可伸缩性流媒体的实时特征,并提出了基于分层的实时调度算法。在此基础上,本论文还提出了一个基于不精确计算(Impricise computation)的负载模型(Workload Model)和实时调度算法来处理可伸缩性流媒体的调度任务。每一个可伸缩性的视频流的调度任务被分成两部分:强制执行的子任务(Mandatory subtask)和可选择执行的子任务(Optional subtask)。强制执行的子任务用于调度基本层的数据,可选择执行的子任务用于调度增强层的数据包,不同的子任务采用不同的优先级。基于不精确计算负载模型和实时调度算法为网络自适应的可伸缩性流媒体服务提供了灵活的调度策略,增强了系统的容错性,提高了资源利用率和客户端播放质量。该算法的低复杂度使得其可以在实际的系统中得以实现。3.本论文提出了一个在线平滑的调度算法,在可用网络带宽波动的情况下,能够提供较平滑的视频质量。由于网络带宽的波动和不可预测性,容易产生视频质量的剧烈变化。通常,人们宁愿看到质量稍低但平滑的视频节目,也不愿意看到质量稍高但波动的视频质量。该算法采用了基于失真度的性能评价函数并结合实时调度算法来选择要发送的数据包,使视频质量波动最小的同时,提高网络带宽资源的利用率。4.本论文提出了一个动态的资源分配策略为并发的多用户公平地分配服务器资源。由于流媒体服务器资源有限,特别服务器吞吐率(也就是I/O带宽)的限制,只能接入一定数量的并发用户请求。不同的用户在不同的时刻带宽的波动不相同,传输码流的码率也不相同。根据每个用户的可用带宽和码流的码率状况,动态、公平地分配服务器资源。该策略不仅可以公平地分配服务器资源,而且还提高了系统资源的利用率和客户端的总的播放质量。5.本论文提出了一种支持VCR(Video Cassette Recoder)功能的新框架。在流媒体
论文目录:
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 问题的提出
1.3 本论文的主要工作和贡献
1.4 本论文的组织结构
第二章 流媒体技术研究综述
2.1 实时流媒体系统面临的挑战
2.1.1 流媒体的QoS要求
2.1.2 影响流媒体QoS的因素
2.2 视频压缩与编码技术对流媒体系统的支持
2.2.1 自适应编码
2.2.2 分层编码
2.2.3 基于对象的可伸缩性编码
2.2.4 基于小波变换的可伸缩性编码
2.2.5 精细可伸缩性的编码
2.3 存储技术对流媒体支持
2.3.1 磁盘调度
2.3.2 数据条纹化
2.3.3 分级存储
2.3.4 磁盘容错性
2.4 传输与控制技术对流媒体应用的支持
2.4.1 拥塞控制
2.4.2 差错控制
2.4.3 接纳控制
2.4.4 流媒体的调度技术
2.4.5 网络协议对流媒体的支持
2.4.6 流媒体代理缓冲机制
2.4.7 流媒体服务中交互功能的实现
2.5 流媒体系统标准ISMA和 DVB-IPI
2.6 主要流媒体系统商业产品
2.7 小结
第三章 可伸缩性流媒体系统的体系结构
3.1 精细可伸缩性视频编码
3.2 实时系统和实时调度算法
3.3 实时的可伸缩性流媒体系统体系结构
3.3.1 实时的可伸缩性流媒体系统体系结构
3.3.2 面向流媒体的实时反馈机制
3.3.3 IP网络上端到端码率控制策略
3.4 实验环境
3.5 小结
第四章 可伸缩性流媒体系统的实时调度策略
4.1 引言
4.2 面向流媒体的实时调度算法
4.2.1 流媒体系统的实时调度框架
4.2.2 传统的实时调度算法
4.2.3 基于层的实时调度算法
4.2.4 实验结果与分析
4.3 基于不精确模型的实时调度算法
4.3.1 可伸缩性流媒体系统的不精确计算负载模型
4.3.2 不精确计算负载模型的性能评价标准
4.3.3 不精确计算负载模型的实时调度算法
4.3.4 实验结果与分析
4.4 面向可伸缩性流媒体的平滑调度算法
4.4.1 FGS位平面R-D模型
4.4.2 面向可伸缩性流媒体的网络自适应的平滑策略
4.4.3 实验结果与分析
4.5 小结
第五章 可伸缩性流媒体系统多用户资源分配策略
5.1 引言
5.2 流媒体服务器中接纳控制算法
5.2.1 基于参数的接纳控制
5.2.2 基于测量的接纳控制
5.2.3 面向可伸缩性流媒体的接纳控制
5.3 基于服务器资源分配算法
5.4 实验结果与分析
5.5 小结
第六章 可伸缩性流媒体系统VCR功能的实现
6.1 引言
6.2 FGS基本层数据编码格式对VCR功能的影响
6.3 支持VCR功能的编码结构
6.4 VCR功能的实现
6.4.1 倒放
6.4.2 随机播放
6.4.3 快进、快退
6.4.4 暂停和停止
6.5 实验结果与分析
6.6 小结
第七章 结束语
7.1 结论
7.2 下一步工作展望
参考文献
作者简历
致谢
发布时间: 2006-12-27
参考文献
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