互联网流媒体传输关键技术研究

论文摘要

随着互联网与多媒体压缩等技术的快速发展,互联网流媒体应运而生。然而由于Internet与生俱来的尽力而为特性,以及在网络拓扑、传输介质和终端设备能力等方面存在的异构性,要求承载于其之上的流媒体系统必须能够提供一定的容错和网络自适应传输控制机制。由于可伸缩性是未来多媒体信源编码所追求的重要特性之一,本文主要针对可伸缩流媒体在互联网中进行传输时所碰到的若干与容错和适应性相关的关键问题进行深入研究。此外本文还研究了基于我国AVS标准的P2P网络流媒体系统实现,以及基于该系统的网络自适应丢帧算法。主要研究内容和创新点如下:首先,针对单个非均匀容错保护框架在高码率情况下无法充分利用网络带宽资源的问题,提出了两种模块化非均匀容错保护模式和算法:基于码流分割和分组交织的非均匀容错保护模式,和基于字节交织和分组交织的双重交织非均匀容错保护模式。实验结果表明在不同的信源和信道条件下,这两种模式都能够取得接近最优的平均重构信号质量,而且后者还能够很好地保持可伸缩编码的渐进传输性能。其次,研究了非均匀容错保护对于两种异构客户带宽多播情形的适应性问题。针对不同客户通过不同物理链路接入同一服务器的多播情形,提出了一个基于局部搜索的渐进优化算法,可降低为不同接入带宽分别计算最优容错保护解时的计算复杂度。针对不同客户局部共享同一物理链路接入同一服务器的多播情形,提出了一个基于嵌入式分组框架的非均匀容错保护机制及其性能评价函数,并以最优化该性能评价函数为目标提出了一个局部搜索算法和一个启发式算法。实验表明与现有定长分组分层多描述编码框架相比,所提出的嵌入式分组框架能够取得更好的客户平均性能。再次,针对可伸缩视频非均匀容错保护和传输中的质量平滑问题,提出了一个基于加性上升/乘性下降的质量控制机制和一个网络自适应的在线比特分配算法。为了降低算法的计算复杂度,在采用基于局部搜索的渐进优化技术基础上提出了一个基于近似逼近的两阶段迭代技术用来加速算法的收敛过程。实验表明与均匀时间比特分配算法相比,该算法不仅能够以逐段平滑的方式在连续的帧组之间取得接近平稳或持续平滑递增的重构信号质量,而且具有较低的时间复杂度,适合于在实时流媒体系统中进行应用。最后,设计并初步实现了一套ISMA兼容的AVS流媒体演示平台和一套基于AVS的P2P网络流媒体广播系统:AVStreamer。提出了两个基于优先级的网络自适应选择性丢帧算法,用于解决网络异构性所导致的P2P中继节点处RTP分组随机丢失问题。分析和实验结果表明即使在网络状况较差的情况下所提算法也能够取得连贯、流畅的播放效果。

论文目录

• 摘要
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.3 研究现状
• 1.4 问题的提出
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 论文组织结构
• 第二章 可伸缩流媒体传输容错保护技术综述
• 2.1 可伸缩信源编码
• 2.2 信道编码技术
• 2.2.1 Reed-Solomon 码
• 2.2.2 RCPC 码
• 2.3 丢包信道模型
• 2.4 丢包信道中的非均匀容错保护
• 2.4.1 问题描述
• 2.4.2 贪心迭代算法
• 2.4.3 拉格朗日乘子法
• 2.4.4 基于动态规划的全局最优算法
• 2.4.5 基于码率最优解的局部搜索算法
• 2.4.6 算法比较
• 2.5 无记忆误码信道中的非均匀容错保护
• 2.5.1 问题描述
• 2.5.2 EEP 保护
• 2.5.3 定长信源分组UEP 保护
• 2.5.4 定长信道分组UEP 保护
• 2.5.5 算法比较
• 2.6 衰落信道中的非均匀容错保护
• 2.7 小结
• 第三章 可伸缩流媒体模块化非均匀容错保护
• 3.1 引言
• 3.2 非均匀容错保护
• 3.3 模块化非均匀容错保护
• 3.3.1 基于码流分割的模块化非均匀容错保护
• 3.3.2 基于字节交织的模块化非均匀容错保护
• 3.4 实验与分析
• 3.4.1 性能度量指标
• 3.4.2 实验结果
• 3.5 小结
• 第四章 非均匀容错保护对异构客户带宽的适应性
• 4.1 引言
• 4.2 非共享链路多播情形下的适应性研究
• 4.2.1 FEC-MDC 分组参数选择
• 4.2.2 改变分组长度对FEC-MDC 最优解的影响
• 4.2.3 基于局部搜索的渐进优化快速算法
• 4.3 部分共享链路多播情形下的适应性研究
• 4.3.1 分层FEC-MDC
• 4.3.2 嵌入式分组框架
• 4.3.3 局部搜索算法
• 4.3.4 启发式算法
• 4.4 实验与分析
• 4.4.1 非共享链路多播情形实验
• 4.4.2 局部共享链路多播情形实验
• 4.5 小结
• 第五章 基于非均匀容错保护的视频质量平滑
• 5.1 引言
• 5.2 问题描述
• 5.3 带宽自适应比特分配
• 5.3.1 基于AIMD 的目标质量控制机制
• 5.3.2 基于AIMD 质量控制的比特分配算法
• 5.3.3 基于近似逼近的两阶段迭代快速算法
• 5.4 实验与分析
• 5.5 小结
• 第六章 AVS 流媒体系统AVStreamer 的设计与初步实现
• 6.1 引言
• 6.2 AVS 网络流媒体平台
• 6.2.1 ISMA 互联网流媒体传输体系结构
• 6.2.2 ISMA 兼容的AVS 流媒体传输平台
• 6.3 基于AVS 的P2P 网络流媒体广播系统:AVStreamer
• 6.3.1 AVStreamer 系统的网络结构和工作流程
• 6.3.2 AVStreamer 系统中的网络协议支持
• 6.4 AVStreamer 中基于优先级的网络自适应选择性丢帧算法
• 6.4.1 问题描述
• 6.4.2 基于单GOP 的选择性丢帧算法
• 6.4.3 基于GOP 组的选择性丢帧算法
• 6.4.4 实验与分析
• 6.5 小结
• 第七章 结束语
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 下一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历