【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(biāo)準(zhǔn)的分層式結(jié)構(gòu)中,每個(gè)子層都有自己的特定的目標(biāo),相鄰層之間通過相應(yīng)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(qiáng)的擴(kuò)展性,易于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。但是,互聯(lián)網(wǎng)流媒體業(yè)務(wù)(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(yīng)無線環(huán)境的變化,以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)資源利用率和滿足不同用戶業(yè)務(wù)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(jì)的束縛,增強(qiáng)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(xué)術(shù)研究中,多媒體視頻業(yè)務(wù)的無線跨層傳輸優(yōu)化占據(jù)了重要的位置,是學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。其研究的目標(biāo)主要是根據(jù)視頻編解碼以及業(yè)務(wù)特性,在無線網(wǎng)絡(luò)中采用跨層機(jī)制優(yōu)化視頻的傳輸質(zhì)量。動態(tài)自適應(yīng)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(wù),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(dǎo)致無線節(jié)點(diǎn)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(yán)重影響視頻的傳輸質(zhì)量,因此在緩沖區(qū)的主動隊(duì)列管理機(jī)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(qiáng)3D視頻用戶體驗(yàn)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(wù)器端合成虛擬視角視頻需要對視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮,消耗云資源。因此設(shè)計(jì)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(yán)重影響視頻的傳輸質(zhì)量和公平性；針對新型視頻業(yè)務(wù)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(wù)的跨層傳輸優(yōu)化進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jì)了一個(gè)分層映射算法,使得分層編碼視頻和動態(tài)自適應(yīng)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(qiáng)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(yīng)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(wù)質(zhì)量。本優(yōu)化問題是二進(jìn)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(yīng)流碼率的頻繁變化會嚴(yán)重影響用戶的觀看體驗(yàn),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(diǎn),優(yōu)化用戶的觀看體驗(yàn)。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(duì)列管理機(jī)制——上下文感知的自適應(yīng)主動隊(duì)列管理機(jī)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(duì)列管理機(jī)制相比,所提方法不僅考慮了隊(duì)列的長度,還考慮了無線接入速率的變化,更加靈活地適應(yīng)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(yàn)。用戶體驗(yàn)通過虛擬視角合成技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)用戶體驗(yàn),但是需要較高的傳輸帶寬。動態(tài)自適應(yīng)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(jìn)模型,它采用分層編碼方式存儲和傳輸視頻。為了進(jìn)一步減少視頻業(yè)務(wù)對帶寬的需求,提出了自適應(yīng)虛擬視角合成方法,它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況或者云計(jì)算的代價(jià)決定由基于云的服務(wù)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(gè)同時(shí)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(wù),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(jì)算代價(jià)和無線信道情況,通過跨層的方式計(jì)算出優(yōu)化的應(yīng)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(wù)質(zhì)量和減少云服務(wù)器合成虛擬視角的代價(jià)。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(jì)算復(fù)雜度,用貪婪算法解決此問題。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN919.8
【圖文】：

無線跨層的目標(biāo)是為了提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。針對單個(gè)節(jié)點(diǎn)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(biāo)是為了提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。針對單個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)保護(hù)視頻的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，下面詳細(xì)介紹ＤＡＳＨ視頻跨層傳輸。逡逑隨著ＤＡＳＨ業(yè)務(wù)的興起，學(xué)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(wù)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(shí)間段，同時(shí)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了請求獲取］＼１？０文件和媒體段內(nèi)容。如圖２．２炸）所示，客戶端可１＾１根據(jù)估逡逑計(jì)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