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面向IP网的实时视频应用的关键技术研究

2020-11-23阅读(777)

面向IP网的实时视频应用的关键技术研究

论文摘要

研究IP网中对服务质量（QoS）有较高要求的实时视频应用的传输相关问题,在网络日益普及的今天具有实际应用价值。基于IP网的实时视频应用的有效传输涉及到两类关键技术:（1）包括视频数据编解码技术和应用层传输容错控制的基于终端的技术;（2）与传输网络相关的技术。论文在分析实时视频应用的研究、实现现状后,对解码端的差错定位恢复机制和网络中继节点的调度机制、流量控制进行了研究;结合实验对视频流量的特性及流量模型进行了分析,然后通过对基于流量模型假设的接纳控制机制性能的实验分析研究了流量特性对接纳机制性能的影响;最后对现有的各种实时视频服务系统进行了分析,研究基于IP网提供实时视频服务的解决方案与关键技术的实现。论文的工作概括为以下5个方面:（1）提出一种改善网络端系统视频解码质量的错误定位恢复方法改进的反向可变长编码机制（Improved Reverse Variable Length Coding,IRVLC）,IRVLC方法充分利用数据帧的局部信息,对I帧和P帧采用不同的错误再定位策略,克服了标准RVLC策略对可能错误宏块进行保守性丢弃的缺点。其特点是实现复杂度低,且与MPEG-4标准兼容,并通过实验验证了其有效性;（2）分析了目前区分服务网络中继节点的分组调度机制,提出一种网络重负载模式下,同时考虑流量带宽、丢失率和时延保证的队列管理调度算法动态比例自适应算法（Dynamic Proportional Adaptive Algorithm,DPAA）。此算法与现存的各种缓冲区管理调度算法有较好的兼容性,实现容易,且对流量负载变化不敏感,适用于有突发性的实时视频流等的传输;（3）通过视频跟踪流量分析了视频流量的特性,在统一的网络环境下对目前主要的视频流量模型的队列性能进行了仿真分析和评价,特别比较了支持多层编码的流量模型的性能,得出复杂的流量描述模型可以更为精确的捕获流量的特性,加深了对各种视频流量模型的理解,为基于流量特性的资源控制策略的选择提供了依据;（4）通过仿真手段分析了目前主要的基于有效带宽估计的接纳控制机制的性能,得出基于对数正态边缘分布的假设较接近流量的真实特性;基于较复杂的流量描述模型估计有效带宽的接纳控制机制只能提高系统的性能而不能提高网络的复用性能,为多种类型流量复用后基于区分服务分配带宽提供了依据;（5）对现有基于IP提供视频服务的各种典型应用的实现方案进行了分析总结,研究了其对关键技术的处理;提出一种基于全IP网络提供视频服务的框架,结合前面的研究成果对其中的关键技术给出了实现建议,并给出一个设计案例。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 插图索引
  • 表格索引
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 相关研究现状
  • 1.2.1 视频解码器的差错检测和差错恢复技术
  • 1.2.2 基于区分服务模型的调度机制
  • 1.2.3 视频流量特性与流量控制机制性能分析
  • 1.3 课题来源
  • 1.4 研究目标和内容
  • 1.5 论文的主要贡献
  • 1.6 论文的内容安排
  • 1.7 本章小结
  • 附录：关于本文所用概念的一些说明
  • 参考文献
  • 第二章 背景知识
  • 2.1 视频压缩编解码介绍
  • 2.1.1 编码技术
  • 2.1.2 解码技术
  • 2.1.3 MPEG-4 简介及其容错措施
  • 2.1.4 H.264 简介及其容错措施
  • 2.2 流量调度
  • 2.2.1 分组调度
  • 2.2.2 缓冲区管理
  • 2.3 接纳控制机制
  • 2.4 视频流量的相关特性及流量模型
  • 2.4.1 流量相关特性的数学描述
  • 2.4.2 基于相关特性的流量模型
  • 2.4.3 流量相关性对网络性能的影响
  • 2.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 优化MPEG-4解码器性能的错误定位方法
  • 3.1 引言
  • 3.2 基于反向可变长编码的解码策略
  • 3.3 改进的错误发现定位机制的实现
  • 3.3.1 针对Intra 型编码的宏块的策略
  • 3.3.2 针对P-VOP 的策略
  • 3.3.3 算法实现复杂度分析
  • 3.4 实验仿真
  • 3.4.1 实验设置
  • 3.4.2 实验结果及分析
  • 3.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 支持实时视频传输的分组调度机制研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 DPAA 模型分析及形式化表示
  • 4.3 DPAA 实现分析
  • 4.3.1 队列管理即延时保证
  • 4.3.2 包丢弃机制
  • 4.3.3 调度机制
  • 4.3.4 具体实现步骤
  • 4.3.5 算法复杂度分析
  • 4.4 实验仿真
  • 4.4.1 实验设置
  • 4.4.2 实验结果及分析
  • 4.5 本章小结
  • 附录1：式（4-5）的推导过程
  • 附录2：关于同时保证丢失率和延时的说明
  • 参考文献
  • 第五章 基于视频流量模型的流量控制机制性能分析
  • 5.1 引言
  • 5.2 视频流量特性分析
  • 5.3 视频流量模型分类
  • 5.4 视频流量模型的性能评价标准
  • 5.5 视频流量模型的排队性能分析
  • 5.5.1 实验模型
  • 5.5.2 实验结果及分析
  • 5.6 流量特性对接纳控制性能的影响
  • 5.6.1 接纳控制机制的部署与设置
  • 5.6.2 接纳控制机制的实现
  • 5.6.3 仿真设置
  • 5.6.4 仿真结果
  • 5.6.5 性能分析评价
  • 5.7 视频流量复用研究建议
  • 5.8 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 实时视频服务的实现
  • 6.1 实时视频服务系统
  • 6.1.1 实时视频服务简介
  • 6.1.2 基于IP 的实时视频服务
  • 6.2 典型视频服务的解决方案分析
  • 6.2.1 解决方案及性能
  • 6.2.1.1 具体实现分析
  • 6.2.1.2 关键技术处理
  • 6.2.2 设计原则总结
  • 6.3 基于IP 网络的视频服务实现框架
  • 6.3.1 全IP 网络
  • 6.3.2 IETF 对基于IP 网络传输视频信息的相关建议
  • 6.3.3 基于全IP 网络提供实时视频服务的架构
  • 6.3.4 框架的传输协议
  • 6.3.5 QoS 策略及其分析
  • 6.3.6 基于SLA 的自动协商机制
  • 6.3.6.1 DiffServ 网络中基于SLA 交互的优化模型
  • 6.3.6.2 协商实现策略的模型化描述
  • 6.3.6.3 协商模型的性能分析
  • 6.3.6.4 协商模型的数值验证
  • 6.3.7 延时和丢包分析
  • 6.3.8 组播的实现
  • 6.3.9 安全性考虑
  • 6.4 基于框架的设计案例
  • 6.4.1 实现方案分析
  • 6.4.2 关键技术实现
  • 6.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第七章 结束语
  • 7.1 研究总结
  • 7.2 下一步的研究方向
  • 致谢
  • 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文

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