基于主动网络的视频分级传输研究

论文摘要

近年来,随着计算机和网络技术的不断发展,单纯的数据传输再也不能满足人们的需要了,多媒体尤其是视频的网络传输正受到越来越多的关注。与传统的网络应用相比,视频传输不仅要求网络有更高的带宽,而且要求网络时延控制在一定范围之内,但允许存在一定数量的丢包。不幸的是,目前的“尽力而为”型IP网络不能提供这种流媒体传输的任何服务质量保证。另一方面,随着上网人数的急剧增加和接入手段的多样化,网络的异构性也显得越来越突出。不同终端用户的处理能力、链路带宽、线路可靠性等都不尽相同。网络视频传输的最终目标就是为这些异构用户提供满足其QoS要求的视频质量。目前对于网络视频传输已出现了各种不同的解决方案,如基于源的自适应速率控制方案和基于接收端的联播、分层多播等视频传输机制,但这些方案基本上都遵循网络设计的传统原则,采取基于端到端的拥塞控制和差错控制机制,而没有网络节点的参与,从而导致会话管理困难、拥塞控制盲目、反馈爆炸等一系列问题,而且难以在用户之间达成公平。针对这些问题,本文在详细讨论了视频多播、IP网络QoS和主动网络的基础上,对IP网络通信中的视频编码与传输进行了深入的研究,较好地解决了网络视频多播中存在的一些主要问题。论文的主要工作和研究成果包括:（1）针对MPEG-4精细粒度可分级编码以及基于位平面DCT编码的FGS编解码器的特点,分析了MPEG-4 FGS的特性对多播方案的影响,采用MPEG-4 FGS编码方案作为本文分级传输压缩视频的获取途径。由于在FGS编码方案中,增强层的视频流可以在任意点截断,终端用户可以接收到最合适的视频质量,这在给异构网络视频多播带来灵活性的同时也提高了网络的利用效率。（2）提出了一种新的基于主动网络的视频分级传输解决方案SVM-AN。通过主动网络中间节点的处理能力,在保证接收端能接收到基本层码流的前提下,过滤掉高于预约视频质量的优先级较低的部分增强层码流,以适应异构用户的网络带宽和处理能力,满足其不同等级的QoS要求。同时,主动节点的引入,通过合并下游节点的视频质量申请和反馈信息,有效地抑制了反馈爆炸,提高了网络的吞吐能力。（3）SVM-AN方案采用接收端驱动的分布式主动拥塞控制机制,在解决网络拥塞的同时使异构用户获得了尽可能公平的服务质量。通过监测往返时延和丢包率,每个视频接收端独立地估计其上游虚链路的TCP友好可用带宽,从而动态决定其订阅视频的质量。仿真结果表明,与传统的端到端的接收端驱动的分层多播相比,本文提出的SVM-AN方案简化了多播会话管理,避免了由于接收端盲目的加入和离开多播会话而引起的全局震荡;同时通过更精细粒度地调整视频传输速率,满足了异构网络用户对视频质量的不同要求,提高了网络的整体利用效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文主要工作和创新点
• 1.3 论文组织结构
• 2 网络视频传输与服务质量
• 2.1 网络视频传输面临的挑战
• 2.2 IP 视频多播
• 2.3 视频质量的测量
• 2.4 视频传输服务质量
• 2.5 本章小结
• 3 主动网络体系结构
• 3.1 主动网络概述
• 3.2 主动网络体系结构
• 3.3 主动预留协议
• 3.4 主动网络实例
• 3.5 本章小结
• 4 MPEG-4 精细可分级编码方案
• 4.1 率失真理论基础
• 4.2 基于位平面的MPEG-4 FGS
• 4.3 FGS 增强层编码改进与信道编码
• 4.4 精细可分级编码的特性
• 4.5 本章小结
• 5 基于主动网络视频分级传输系统的方案与实现
• 5.1 系统设计目标与要求
• 5.2 SVM-AN 系统结构
• 5.3 SVM-AN 系统实现
• 5.4 本章小结
• 6 仿真结果与分析
• 6.1 NS-2 网络仿真器
• 6.2 NS-2 多播仿真及主动扩展
• 6.3 仿真拓扑结构与参数设置
• 6.4 仿真实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文
• 附录2 攻读博士学位期间参与的科研/建设项目