多媒体实时传输关键技术研究与实现

论文摘要

由于Internet的迅速普以及对多媒体业务日益增长的需求，流媒体技术引起了人们越来越多的关注，成为当前研究的热点之一。流媒体技术将成为未来Internet应用的主流，并将推动整个Internet架构的革新。 流媒体的主要特点是实时的传输多媒体数据流，它对传输的实时性要求很高。传统的Internet网络及其协议并不是为实时应用而设计的，它对流媒体这种典型的实时应用无法提供任何QoS保证。因此，如何提高网络传输QoS保证就成为了流媒体网络传输技术的关键。 目前网络传输的QoS控制策略主要有两种，一种是基于网络的QoS控制策略；一种是基于终端的QoS控制策略。从1995年以来，IETF为了提高Internet的QoS，先后提出了综合服务（IntServ）、区分服务（DiffServ）和多协议标签交换（MPLS）三种体系结构。这三种体系结构是典型的基于网络的QoS控制策略，由于目前大多数网络设备并不支持这三种体系结构，因此实现起来有很大困难。基于终端的QoS控制策略则绕开了这些困难，其基本思想是将现有的互联网络看作一层“透明”的服务，它只提供一种“尽力而为”的服务而没有任何QoS保证，所有的QoS控制都在应用层加以实现。这种方法的最大优点是它对现有的网络不做任何改动，实现起来成本很低。因此，本文将基于终端的QoS控制策略作为研究的重点。 本文主要的内容是以MPEG-4视频流作为研究的载体，分别研究了视频传输中各种QoS控制技术，包括速率控制、差错控制、拥塞控制和抖动控制等等，这些技术全部是在视频传输的终端来实现。文中详细研究基于Reed-Solomon码前向错误保护（FEC）的差错控制，实现了网络传输中的丢包恢复，并通过对算法的改进大大提高了编解码的运算速度。为了在相同编码冗余度的条件下进一步提高视频传输的质量，本文研究并实现了MPEG-4视频传输中的非平等错误保护（ULP）机制。为了验证上述算法效果，本文在EvalVid+NS2实验平台上进行了仿真实验，比较了平等错误保护（ELP）和非平等错误保护（ULP）两种FEC机制。实验结果表明使用ULP机制可以有效提高视频传输的质量。 要想在现有的网络体系结构中实现基于终端的QoS控制的各种算法，常用的传输层协议（TCP和UDP）是无法满足要求的，IETF于1996年提出了RIP协议，来弥补UDP协议在实时传输应用中的不足。本文在分析RTP协议的基础上，研究比较了几种

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 流媒体技术概要
• 1.1.1 流媒体的发展现状及主要应用
• 1.1.2 流媒体传输的基本模式
• 1.1.3 流媒体传输的QoS主要参数
• 1.2 音视频数据压缩技术
• 1.3 论文内容概述
• 1.3.1 选题的背景与意义
• 1.3.2 国内外流媒体传输QoS的研究现状
• 1.3.3 研究的内容
• 1.3.4 论文的结构
• 第2章 基于终端的QoS控制策略
• 2.1 QoS的基本概念
• 2.1.1 需求
• 2.1.2 拥塞
• 2.2 基于网络的QoS控制
• 2.2.1 综合服务
• 2.2.2 区分服务
• 2.2.3 标签交换和MPLS
• 2.3 基于终端的QoS控制
• 2.3.1 分层结构的QoS控制模型
• 2.3.2 抖动控制
• 2.3.3 流量整形
• 2.3.4 速率控制
• 2.4 本章小结
• 第3章 Reed-Solomon码在MPEG-4视频流传输中的应用
• 3.1 差错控制的基本概念
• 3.1.1 差错控制系统
• 3.1.2 纠错码
• 3.2 伽罗瓦（Galois）域的基本性质和代数运算
• 3.2.1 二元域
• m）'>3.2.2 扩域GF（2^m）
• 3.3 Reed-Solomon码
• 3.3.1 线性分组码
• 3.3.2 RS码的定义与编码
• 3.3.3 RS码的译码
• 3.4 RS码在MPEG-4视频流中的丢包恢复策略
• 3.4.1 RS码的参数选择
• 3.4.2 数据包的分组与交织
• 3.4.3 MPEG-4视频传输中的ULP机制
• 3.5 算法的优化
• 3.5.1 GF（q）域中加法和乘法快速运算
• 3.5.2 缩短RS码
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于RTP的MPEG-4视频传输机制的研究
• 4.1 RTP协议分析
• 4.1.1 一般传输层协议在实时应用中的局限和不足
• 4.1.2 RTP协议的特点与功能
• 4.1.3 RTP协议在协议栈中的位置
• 4.1.4 RTP协议的报文格式
• 4.2 基于RTP协议的MPEG-4视频流打包模型的研究
• 4.2.1 MPEG-4系统体系结构
• 4.2.2 几种打包方案的分析与比较
• 4.2.3 MPEG-4视频流的语法结构
• 4.2.4 RTP协议头中字段的使用
• 4.2.5 MPEG-4视频流到RTP净荷的映射
• 4.3 错误恢复和再同步
• 4.4 本章小结
• 第5章 算法实现与实验结果分析
• 5.1 EvalVid+NS2实验平台
• 5.1.1 EvalVid框架结构
• 5.1.2 QoS参数计算和视频质量评价标准
• 5.1.3 NS2网络仿真
• 5.2 算法的实现与实验结果分析
• 5.2.1 算法的实现
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A