【摘要】：在無線網(wǎng)絡(luò)中,終端的移動、接入用戶數(shù)的變化、周圍環(huán)境的干擾都會造成無線帶寬動態(tài)變化,影響端到端的傳輸性能。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)標準的分層式結(jié)構(gòu)中,每個子層都有自己的特定的目標,相鄰層之間通過相應的接口傳遞數(shù)據(jù),完成端到端的通信過程。這種層次化結(jié)構(gòu)具有很強的擴展性,易于進行標準化。但是,互聯(lián)網(wǎng)流媒體業(yè)務(包括視頻、音頻、游戲等)的發(fā)展日新月異,呈現(xiàn)出明顯的區(qū)別。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層次化的特征限制了信息的共享,無法靈活地適應無線環(huán)境的變化,以達到網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)資源利用率和滿足不同用戶業(yè)務的QOS需求。于是研究者提出了跨層傳輸?shù)母拍?突破了層次化設(shè)計的束縛,增強了無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。目前,在眾多的無線跨層優(yōu)化的學術(shù)研究中,多媒體視頻業(yè)務的無線跨層傳輸優(yōu)化占據(jù)了重要的位置,是學術(shù)研究的熱點。其研究的目標主要是根據(jù)視頻編解碼以及業(yè)務特性,在無線網(wǎng)絡(luò)中采用跨層機制優(yōu)化視頻的傳輸質(zhì)量。動態(tài)自適應視頻流技術(shù)(Dynamic adaptive streaming over HTTP, DASH),自由視頻視頻(Free Viewpoint Video, FVV)等都是新興的視頻傳輸技術(shù),眾多的研究者都在考慮針對新型的視頻業(yè)務,如何通過跨層優(yōu)化的方式提高視頻的傳輸質(zhì)量。無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬變化頻繁可能會導致無線節(jié)點的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)急劇增加,緩沖區(qū)的溢出則可能會造成視頻關(guān)鍵數(shù)據(jù)的丟失而嚴重影響視頻的傳輸質(zhì)量,因此在緩沖區(qū)的主動隊列管理機制中考慮無線帶寬的變化和視頻數(shù)據(jù)的特征能夠有效地提高視頻的傳輸質(zhì)量；虛擬視角的合成是增強3D視頻用戶體驗的有效方法,在客戶端合成虛擬視角視頻會增加無線傳輸帶寬的需求,在云服務器端合成虛擬視角視頻需要對視頻進行實時壓縮,消耗云資源。因此設(shè)計合理的虛擬視角合成方案能提高傳輸?shù)恼w性能；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬調(diào)整視頻碼率可以提高視頻傳輸效果,但是在多用戶場景下,帶寬分配不合理會嚴重影響視頻的傳輸質(zhì)量和公平性；針對新型視頻業(yè)務的特征,考慮如何分配無線資源提高系統(tǒng)整體傳輸性能有著重要的作用。本文圍繞無線網(wǎng)絡(luò)中多媒體視頻業(yè)務的跨層傳輸優(yōu)化進行了深入研究,得出了如下研究成果：1.考慮了在無線寬帶接入網(wǎng)中優(yōu)化基于分層編碼的動態(tài)自適應視頻流傳輸性能。首先,現(xiàn)有的分層編碼視頻與動態(tài)自適應流之間的層次映射算法并不夠靈活,也沒有考慮到端到端的吞吐量和通信開銷。因此,設(shè)計了一個分層映射算法,使得分層編碼視頻和動態(tài)自適應視頻之間的分層映射更加靈活,不僅滿足分層碼率的需求,還能增強端到端的吞吐量和減少通信額外開銷。其次,提出了對基于分層編碼的動態(tài)自適應視頻流友好的調(diào)度和資源分配算法,它結(jié)合了視頻的碼率失真特征,無線信道狀況和終端用戶緩沖區(qū)等信息,通過跨層的方式得到更加合理的無線資源分配結(jié)果,以改善網(wǎng)絡(luò)的服務質(zhì)量。本優(yōu)化問題是二進制整數(shù)規(guī)劃問題,并用次梯度的方法解決。最后,動態(tài)自適應流碼率的頻繁變化會嚴重影響用戶的觀看體驗,提出了基于代理的碼率決策算法,在播放質(zhì)量和穩(wěn)定性之間找到最佳的平衡點,優(yōu)化用戶的觀看體驗。2.在無線環(huán)境下,網(wǎng)絡(luò)的帶寬變化頻繁、誤碼率較高,這些對視頻的傳輸都是重大的挑戰(zhàn)。為了減少視頻帶寬的頻繁變化對視頻傳輸?shù)挠绊?提出了基于跨層方式的主動隊列管理機制——上下文感知的自適應主動隊列管理機制(context-aware adaptive active queue management, CAAQM)。它能夠根據(jù)視頻壓縮的特征信息和無線網(wǎng)絡(luò)帶寬的變化,在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下主動地丟棄部分不重要的視頻分組來保證關(guān)鍵視頻分組的傳輸,提升了視頻的傳輸質(zhì)量。與現(xiàn)有的主動隊列管理機制相比,所提方法不僅考慮了隊列的長度,還考慮了無線接入速率的變化,更加靈活地適應無線網(wǎng)絡(luò)的變化。3.交互式多視角視頻流能夠提供立體觀感,它允許用戶周期性地切換觀看角度,帶來全方位“浸入式”體驗。用戶體驗通過虛擬視角合成技術(shù)進一步增強用戶體驗,但是需要較高的傳輸帶寬。動態(tài)自適應流技術(shù)(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP, DASH)是一種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬變化動態(tài)地調(diào)整視頻碼率的新技術(shù)。提出了一種基于DASH的交互式多視角視頻流改進模型,它采用分層編碼方式存儲和傳輸視頻。為了進一步減少視頻業(yè)務對帶寬的需求,提出了自適應虛擬視角合成方法,它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況或者云計算的代價決定由基于云的服務器或者由客戶端合成虛擬視角。4.在無線環(huán)境下,為了向多個同時觀看基于DASH的交互式多視角視頻用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務,提出了一種跨層調(diào)度策略和無線資源分配算法,它結(jié)合了視頻的碼率失真特性、云計算代價和無線信道情況,通過跨層的方式計算出優(yōu)化的應用層碼率請求和無線資源分配決策,以改善網(wǎng)絡(luò)的服務質(zhì)量和減少云服務器合成虛擬視角的代價。本優(yōu)化問題被歸納為多選擇背包問題,以證明其NP難性質(zhì)。為了減少算法計算復雜度,用貪婪算法解決此問題。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN919.8
【圖文】：

無線跨層的目標是為了提高網(wǎng)絡(luò)的服務質(zhì)量，增強用戶體驗。針對單個節(jié)點從逡逑協(xié)議層架構(gòu)上來說，如圖（１－３）邋－邋（１－４）所示，跨居優(yōu)化可分為管理者模式和非逡逑管理者模式Ｗ。逡逑，，廠｜奪＾朗盾邐１逡逑廣逡逑

無線跨層的目標是為了提高網(wǎng)絡(luò)的服務質(zhì)量，增強用戶體驗。針對單個節(jié)點從逡逑協(xié)議層架構(gòu)上來說，如圖（１－３）邋－邋（１－４）所示，跨居優(yōu)化可分為管理者模式和非逡逑管理者模式Ｗ。逡逑，，廠｜奪＾朗盾邐１逡逑廣逡逑

何重點保護視頻的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，下面詳細介紹ＤＡＳＨ視頻跨層傳輸。逡逑隨著ＤＡＳＨ業(yè)務的興起，學術(shù)領(lǐng)域展開了大量的關(guān)于ＨＴＴＰ／ＴＣＰ視頻流傳輸?shù)难绣义暇�。如圖２．２（ａ）所示，在服務器端，需要將原始視頻內(nèi)容編碼成不同質(zhì)量級別，然后逡逑把編碼后的內(nèi)容分成不同的時間段，同時生成媒體表不描述文件（ＭｅｄｉａＰｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ逡逑Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，ＭＰＤ）。ＭＰＤ文件描述各媒體分段的請求地址和基本信息�？蛻舳送ㄥ义线^＾＾１７口０６了請求獲�。荩埽保浚拔募兔襟w段內(nèi)容。如圖２．２炸）所示，客戶端可１＾１根據(jù)估逡逑計的網(wǎng)絡(luò)帶寬調(diào)整請求的碼率值，并將媒體段放入緩沖區(qū)中等待播放。ＤＡＳＨ的性逡逑１２逡逑

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本文編號：2782312