网络中流媒体关键技术研究

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1、网络中流媒体关键技术研究2004-2-9全新3G技术管理培训--摩托罗拉工程学院张鲲　南京邮电学院　　摘要流媒体技术是在数据网络上以流的方式传输多媒体信息的技术。随着宽带网络的发展，流媒体技术的相关应用必将成为未来高速网络的主流应用之一。本文就流媒体的一些关键技术、机制和相关协议等方面做了较为详细的介绍。　　关键词流媒体QoS视频压缩连续媒体分布服务媒体同步1引言　　近年来，随着计算机技术、压缩技术以及网络技术的发展，网络中的流媒体业务也得到了飞速的发展和应用。所谓流媒体就是指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体。

2、本文中着重介绍视频流。目前在Internet上传输视频还有许多困难，其根本原因在于Internet的无连接每包转发机制主要是为突发性的数据传输而设计的，不适用于对连续媒体流的传输。为了在Internet上有效地、高质量地传输视频流，还需要多种技术的支持，例如基于视频的压缩编码技术、应用层QoS技术、连续媒体分布服务、流服务器、媒体同步技术和相关协议等。　　其中，原始视/音频经过视/音频压缩算法的预压缩存储在存储设备中。响应客户请求时，流服务器从存储设备中获得视/音频数据，应用层QoS控制模块根据网络状态和QoS要求来改变视/音频比特流。然后通过传

3、输协议把压缩过的比特流打包并且发送到网上。由于拥塞数据包可能出现丢包或者过度时延。为了提高视/音频的传输质量，网络中配置了连续流媒体分布式服务。对于成功传输的数据包，它们首先通过传输层，然后在进行视/音频解码前经过应用层处理。为了获得在播放中的视频和音频的同步，还需要媒体同步机制。从上图中可以看出，这六个部分有着紧密的联系而且都是流媒体结构的组成部分。2流媒体中的关键技术2.1视频压缩及编码　　目前网络是异构性的，缺乏QoS质量控制，并且带宽也在很大范围内变化。传统的不可扩展性视频编码的目标是将视频压缩成适合一个或者几个固定码率的码流，是面向存储

4、的，因此不适合网络传输。为了适应网络带宽的变化，面向传输的可扩展性编码的思想应运而生。可扩展性编码[2]就是将多媒体数据压缩编码成多个流，其中一个可以独立解码，产生粗糙质量的视频序列，它适应最低的网络带宽，称为基本层码流；其他的码流可以按层为单位在任何地点截断，称为增强层，用来覆盖网络带宽变化的动态范围，它们不可以单独解码，而只能与基本层和它以前的增强层联合在一起解码，用来提高观看效果。因此，可扩展性码流具有一定的网络带宽适应能力。　　可扩展性编码主要分为时域可扩展性编码、空域可扩展性编码和质量可扩展性编码。可以选择在时间、空间和信噪比（SNR）

5、中的一个或者几个方面实现扩展。考虑到编码效率和复杂性两方面，MPEG组织采纳了精细可扩展性编码（FGS）和渐进的精细可扩展性编码（PFGS）[3]。精细可扩展性视频编码采用位平面（bitplane）编码，它的基本层使用基于分块运动补偿和DCT变换的编码方式达到网络传输的最低要求，增强层使用位平面编码技术对DCT残差进行编码来覆盖网络带宽的变化范围，它每一帧的增强层码流可以在任何地点截断，解码器重建的视频质量和收到并解码的比特数成正比，它可以实现连续的增强层速率控制。FGS虽然具有很好的可扩展性，但是效率太低，PFGS在保留了FGS所具有的网络带宽

6、自适应和错误恢复能力的同时，还有效地提高了编码效率。但是可扩展性编码的效率较非可扩展性编码而言，还有一定差距。为了进一步压缩FGS和PFGS的基本层码流，有专家提出一种称为精细的空域可扩展性（Fine-GranularitySpatiallyScalable,FGSS）的视频编码算法，使低分辨率和高分辨率的增强层码流都可以在任何地点截断，具有极强的网络带宽适应能力和错误恢复功能，同时保持了空域可扩展性编码的多分辨率特性，它可以满足拥有不同网络带宽和不同分辨率接收设备的许多用户的需求，性能得到了更大的提高。　　结合多种视频编码技术来适应网络上的Qo

7、S波动是今后可扩展性视频编码的发展方向。比如，可扩展性视频编码可以适应网络带宽的变化；错误弹性编码可以适应丢包；DCVC（DelayCognizantVideoCoding）可以适应网络时延。这三种技术的结合可以更好地提供一种应对网络QoS波动的解决方案。2.2应用层QoS控制技术　　由于目前的Internet只提供Best-effort的服务，所以需要通过应用层的机制来实现QoS的控制。QoS控制技术主要集中在对网络带宽的变化进行响应和处理分组丢失的技术上，主要可以分为两类：拥塞控制技术和差错控制技术。　　拥塞控制的目的是采用某种机制应对和避免

8、网络阻塞，降低时延和丢包率。常用的拥塞控制机制有速率控制和速率整形。对于视频流，拥塞控制的主要方法是速率控制。速率控制机制试图使一个视频