下一代网络中保证实时视频通信质量的关键技术研究

论文摘要

近年来,在多种因素的驱动下,下一代网络(NGN)取得了飞速的发展。下一代网络的主要特点之一是提供多媒体以及各种正在兴起的互联网业务,如视频点播等流媒体业务。而这些流媒体业务在带宽、服务质量(QoS)等方面对承载网有很高的技术要求。论文研究了在下一代网络中进行实时视频通信时,如何有效地保证视频通信QoS的问题,主要内容如下:基于视频主观质量的评估模型,在实时视频通信中提出一种带宽资源管理策略,从而保证带宽资源得到整体最优分配。当网络带宽资源能够同时满足所有正在通信的用户QoS需求时,即通信中各个用户QoS的降低是带宽资源的分配不合理造成的,使用“保证不同等级终端QoS的带宽分配算法”;否则,使用“保证整体视频质量最大化的带宽分配算法”来保证运营商收益最大化。由实验结果可知,网络带宽急剧下降而导致视频质量恶化时,使用该带宽分配算法进行多次调整后,用户终端恢复图像的峰值信噪比(PSNR)可以提高14dB以上,有效保证恢复视频的主客观质量。另外,当网络带宽下降到无法满足终端所需的视频服务质量时,该策略会尽可能保证总体视频主观质量最大化。以H.264视频编码标准为例,根据H.264中网络适配层单元(NALU)结构和实时视频通信的特点,提出了一种新的对用户数据支持保护的RTP载荷结构。该结构结合前向纠删保护和交织算法,可以对具有不同重要程度的H.264视频数据进行不等保护。实验结果表明,在5%的丢包环境下,与使用简单误码掩盖算法相比,恢复图像PSNR可以提高8dB以上,且信道传输速率基本没有变化,可以提高H.264视频通信的QoS。在基于媒体网关(MG)/媒体网关控制器(MGC)的下一代网络中,当有用户请求建立实时视频通信链接时,MGC为新的用户终端分配初始带宽的策略;当发送端MG和接收端MG之间同时有多个用户终端进行实时视频通信时,特别是此时网络带宽资源不足时,MGC使用“保证带宽分配整体最优的算法”保证MG之间带宽资源分配整体最优的方法。接下来,定义了一个H.248协议的扩展包—FEC包,通过使用该包,MGC可以通知MG使用FEC保护算法保证实时视频通信QoS。实验结果表明,在下一代网络中使用带宽分配算法和FEC算法后,能够在充分节省带宽资源的情况下有效保证视频通信的QoS。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 在下一代网络中进行视频通信存在的QOS问题
• 1.2.1 现有带宽分配算法的不足
• 1.2.2 下一代网络中现有QoS策略的不足
• 1.2.3 现有视频码流传输技术的不足
• 1.3 论文主要工作和组织结构
• 1.3.1 论文主要工作
• 1.3.2 论文组织结构
• 第二章 基于NGN进行视频通信的相关技术
• 2.1 概述
• 2.2 视频主观质量客观化模型
• 2.3 RTP/RTCP协议
• 2.3.1 RTP/RTCP协议概述
• 2.3.2 RTP数据传输协议
• 2.3.3 RTP控制协议——RTCP协议
• 2.4 H.248 协议
• 2.4.1 H.248 协议的应用背景和目的
• 2.4.2 H.248 协议的主要内容
• 第三章 保证视频通信QOS的带宽分配算法
• 3.1 概述
• 3.2 保证带宽分配整体最优的算法
• 3.2.1 带宽分配整体最优的策略
• 3.2.2 保证不同等级终端QoS的带宽分配算法
• 3.2.3 保证整体视频质量最大化的带宽分配算法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 遗传算法概述
• 3.3.2 保证视频通信QoS的带宽分配算法实验结果
• 3.4 小结
• 第四章 使用FEC算法保证视频终端QOS
• 4.1 概述
• 4.2 FEC算法基本思想
• 4.3 基于H.264 具有抗分组丢失能力的RTP载荷结构
• 4.3.1 H.264 的NALU结构
• 4.3.2 纠删码保护视频数据分组
• 4.3.3 使用FEC不等保护
• 4.3.4 基于H.264 的交织保护算法
• 4.3.5 基于H.264 具有交织保护能力的RTP载荷结构
• 4.3.6 RTP封装
• 4.3.7 检测丢包
• 4.4 实验结果
• 4.5 小结
• 第五章 下一代网络中保证视频通信QOS的策略
• 5.1 概述
• 5.2 系统体系结构
• 5.3 MGC进行带宽资源管理策略
• 5.3.1 MGC进行带宽资源管理的必要性
• 5.3.2 用户接入策略
• 5.3.3 MGC使用带宽分配算法保证通信QOS的策略
• 5.4 在下一代网络中使用FEC算法
• 5.4.1 H.248 协议扩展包-FEC包的定义和使用
• 5.5 实验结果
• 5.5.1 实验验证系统描述
• 5.5.2 实验结果与性能分析
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录A