IPTV传输流的不等差错保护

论文摘要

IPTV是一种新型的基于IP网络的视频服务,具有良好的发展前景,但IP网络最初是为数据应用设计的,实现相对简单,只能提供一种“尽力而为”的服务,IP网络的这个特点使得IPTV缺乏有效的QoS保证,因此IP网络上视频传输可靠性的研究对IPTV业务具有重要的现实意义。本文主要就IP网络的丢包问题,研究视频流网络传输的不等差错保护算法,以提高IPTV业务系统的QoS。本文首先介绍了研究的背景知识以及IP网络中压缩视频传输的相关问题。针对IP网络视频传输的随机丢包恢复问题,本文在误码扩散长度(LEP)定义的基础上,提出了预期受损条块(ENCS)这一新的视频流重要性定义方法,该方法对视频流的重要性区分从帧层面延伸至了帧内,具有更高的准确性。本文在ENCS定义的基础上,进一步提出了基于预期受损条块的不等差错保护算法(UEPE)。通过大量实验证明该算法在中高冗余度下,可以进一步提高视频传输的鲁棒性。在信道预测算法的研究方面,本文在两维线性预测算法的基础上,结合本文所提UEPE算法的应用环境,分析了在不同统计长度下的预测准确度,并针对原有算法在网络状态发生突变时准确度下降的问题,提出了改进的两维线性预测算法,该算法可以在网络状态发生较大变动时,保持更高的准确性。随后本文针对低冗余度下UEPE算法性能不够理想的问题,做了深入的研究分析,着重针对冗余度较低的情况,提出了基于效用的不等差错保护算法(UEPU),改进了其中的FEC分配算法,使其更符合低冗余度的应用环境,改善了低冗余度下视频传输的质量。针对IPTV的组播应用模式,本文首先针对较恶劣的网络环境,提出了主动弃帧的不等差错保护算法。该算法的主要思想是通过信源码率换取信道码率来提高视频数据在恶劣的网络环境中的传输质量;其次在主动弃帧算法的基础上,论文结合分层FEC算法,提出了分层不等差错保护算法(Layered UEP),该算法的特点是,利用主动弃帧算法可以在很大程度上提高低端用户的接收质量,同时通过分层组播,用户可以选择加入符合自己的接收能力的组播组,兼顾了用户之间的公平性。文章通过仿真实验验证了上述算法在改善低端用户接收质量方面的性能。最后,本文就非TCP流的拥塞控制问题,提出了一个基于单向延时的前期拥塞检测的方法,该方法的特点是,可以及时响应网络的拥塞状态,并可以使非TCP流的码率更为平稳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 IP 网络视频通信的困难
• 1.2.1 IP 网络的特点
• 1.2.2 IP 网络中视频通信的困难
• 1.2.3 主要解决方案
• 1.3 网络电视IPTV
• 1.3.1 IPTV 的概念
• 1.3.2 IPTV 的特点
• 1.3.3 IPTV 面临的困难
• 1.4 本文的主要内容及主要成果
• 第二章 IP 网络视频通信
• 2.1 视频压缩与误码扩散
• 2.1.1 视频压缩
• 2.1.2 误码扩散
• 2.2 流传输技术
• 2.2.1 传输流结构
• 2.2.2 MPEG-2 TS over IP
• 2.3 IP 网络中的视频传输
• 2.3.1 视频传输方式
• 2.3.2 IP 组播技术
• 2.3.3 传输协议
• 2.4 网络丢包和差错控制
• 2.4.1 网络丢包
• 2.4.2 网络丢包对视频质量的影响
• 2.4.3 常用的丢包恢复方法
• 2.4.4 不等差错保护（Unequal Error Protection）
• 2.5 网络拥塞
• 2.5.1 网络拥塞
• 2.5.2 拥塞控制
• 2.5.3 非TCP 流拥塞控制的目标
• 2.6 本章小结
• 第三章 单播不等差错保护的研究
• 3.1 误码扩散长度[49]
• 3.1.1 误码扩散长度（Length of Error Propagation——LEP）
• 3.1.2 LEP 存在的问题
• 3.2 基于预期受损条块的UEP 算法（UEPE）
• 3.2.1 预期受损条（ENCS）
• 3.2.2 系统结构
• 3.2.3 传输包打包器
• 3.2.4 包块组织器
• 3.2.5 FEC 分配算法
• 3.2.6 交织策略
• 3.2.7 应用层协议
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 信道预测算法
• 3.3.2 仿真实验结果
• 3.3.3 典型Internet 信道的实验结果
• 3.3.4 低冗余度实验
• 3.4 低冗余度下算法的改进
• 3.4.1 低冗余度下UEPE 算法中的不足
• 3.4.2 基于效用不等差错保护算法（UEPU）
• 3.4.3 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 组播流媒体的不等差错保护
• 4.1 可靠组播协议
• 4.1.1 单速度协议
• 4.1.2 多速率协议
• 4.1.3 可靠组播中的差错控制技术
• 4.1.4 分层FEC（Layered FEC）
• 4.2 分层不等差错保护协议（LAYERED UEP）
• 4.2.1 问题的提出
• 4.2.2 基于主动弃帧策略的不等差错保护算法
• 4.2.3 实验结果
• 4.2.4 分层不等差错保护（Layered UEP）
• 4.2.5 实验结果
• 4.2.6 算法公平性的改进
• 4.3 本章小结
• 第五章 非TCP 流拥塞控制策略的研究
• 5.1 TCP 友好的拥塞控制策略
• 5.2 带有前期拥塞检测的拥塞控制策略
• 5.2.1 非TCP 流的拥塞控制策略
• 5.2.2 基于的网络单向延时增量的拥塞检测
• 5.2.3 带有前期拥塞检测的拥塞控制算法
• 5.2.4 实验结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录