视频自适应传输技术的研究

论文摘要

随着网络技术和多媒体技术的快速发展,人们对视频会议、视频监控等视频通信服务的需求也迅猛增长。尽管目前网络带宽呈现逐渐增加的趋势,然而IP网络的体系结构决定了其仅能提供尽力而为（Best-effort）的传输服务,没有服务质量保障（QOS）,难以保证视频传输所需的稳定带宽,这将导致网络拥塞,使得视频数据在传输过程中大量丢失,引起接收到的视频图像质量下降。如何在IP网络环境下尽可能提高视频图像的传输质量,是网络视频领域的研究热点,也是视频通信所必须解决的关键问题。网络视频通信是一个具有挑战性的研究课题,它涉及到视频编码、速率控制、拥塞控制等多个研究领域,目前对基于协议中的拥塞控制研究较多,而对视频通信中拥塞控制的研究多停留在理论阶段,大多数视频传输系统还缺乏有效的拥塞控制机制。本文以网络视频通信为应用背景,深入分析了传统的网络传输控制,在此基础上,研究了视频流自适应传输技术。该技术主要由网络自适应拥塞控制技术和视频自适应速率控制技术构成。网络自适应拥塞控制技术采用与友好的拥塞控制机制,平滑拥塞窗口,制定平滑的数据传输带宽,视频自适应速率控制技术根据传输带宽控制视频传输速率。应用视频流自适应传输技术开发的基于NS2的视频传输原型系统能够自动适应网络拥塞状况,缓解网络拥塞,提高视频传输质量。论文主要解决了以下几个问题:（1）研究了基于网络的拥塞控制机制,提出了基于帧类型的区分优先级传输策略,解决了传统的RED算法无法判断视频帧的类型而造成对视频数据的不公平传输。（2）研究了基于终端的拥塞控制机制,对当前的基于终端的拥塞控制技术进行了分析,深入地研究了的基于窗口的拥塞控制机制,针对拥塞控制机制的不足,提出了本文的网络自适应拥塞控制的算法和实现策略。本文拥塞控制机制引入了“随机化”的概念来控制数据包的传输时间,并且利用较为“平和”的拥塞窗口调节方式来控制拥塞窗口。实验表明,本文提出的拥塞策略能够很好地减少数据包丢失,平滑数据包的传输速率,并且是友好的。适合用于视频的传输。（3）论文将自适应拥塞控制技术应用在网络视频传输系统中,提出了基于NS2的网络视频传输系统的方案,并在方案中加入了自适应的缓冲机制,缓冲机制引入了丢包策略保证了重要视频数据的传输,控制了输出视频的速率,进一步减少数据包丢失,缓解网络拥塞。最后完成了视频流自适应通信技术在发送端和接收端的具体实现。实验验证本文提出的系统的有效性,并且实验的结果表明传输后视频的主观和客观质量都得到了一定的提高。论文的研究成果和设计思路对网络自适应视频传输系统的设计具有很好的研究和借鉴意义,在视频会议、视频监控等各类应用中具有较大的推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频自适应传输的研究现状
• 1.2.1 视频的传输方式
• 1.2.2 视频编解码技术的研究现状
• 1.2.3 网络视频传输技术研究现状
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容及组织结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 相关的背景知识
• 2.1 视频标准H.264 简介
• 2.1.1 H.264 标准概述
• 2.1.2 H.264 标准所采用的关键技术
• 2.2 网络仿真NS2
• 2.2.1 NS2 简介
• 2.2.2 用NS2 进行网络仿真的方法和一般过程
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于Evalvid 的H.264 视频QoS 评估系统
• 3.1 引言
• 3.2 Evalvid 系统
• 3.3 基于NS2 的Evalvid 系统
• 3.3.1 系统的概述
• 3.3.2 系统功能描述
• 3.4 基于帧类型的区分优先级的传输策略
• 3.4.1 随机早期检测算法（RED）
• 3.4.2 基于帧类型的传输策略
• 3.5 实验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 端到端拥塞机制的研究
• 4.1 网络拥塞的定义及其产生的原因
• 4.1.1 网络中的拥塞现象
• 4.1.2 网络拥塞产生的原因
• 4.2 端到端的拥塞控制
• 4.2.1 网络拥塞的重要性
• 4.2.2 端到端的网络拥塞技术
• 4.3 基于速率的拥塞控制
• 4.4 TCP 的基于窗口的端到端的拥塞控制机制
• 4.4.1 基本概念
• 4.4.2 TCP 拥塞控制算法
• 4.4.3 TCP 拥塞控制的不足
• 4.5 BCCA-Random 算法
• 4.5.1 Randomized TCP
• 4.5.2 非线性的拥塞窗口调节机制
• 4.5.3 BCCA-Random 算法描述
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于NS2 的视频传输系统
• 5.1 基于NS2 的数据传输
• 5.1.1 NS2 的整体实现
• 5.1.2 基于NS2 的数据传输流程
• 5.2 视频传输系统的框架
• 5.3 基于NS2 的视频传输系统的设计
• 5.3.1 视频数据发生器设计
• 5.3.2 自适应传输模块实现
• 5.3.3 自适应传输模块的关键技术
• 5.3.4 自适应缓冲机制
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表的论文