流媒体传输质量控制技术研究

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1、流媒体传输的质量控制技术研究*基金项目：本文研究得到国家863高技术研究发展计划资助项目(编号2001AA112071)作者简介：董科军(1977-)硕士研究生，主要研究领域：流媒体技术、高性能集群计算，网络数据库，下一代互联网络；阎保平(1950-)博士后，研究员，博士生导师，主要研究领域：下一代互联网络，大型网络及系统集成工程化规范管理，大规模数据库应用技术，多媒体数据库，智能搜索引擎。董科军1阎保平11(中国科学院计算机网络信息中心,北京100080)E-mail:kevindong@sdb.ac.cn摘要:如何提高流媒体服务质量(QoS)是现在流媒体技术发展的一个关键性

2、的问题。本文作者首先简单介绍了流媒体技术的基本概念，然后从拥塞控制和错误控制出发，深入探讨了QoS控制机制。最后作者对即将开展的一个高性能可管理的流媒体服务器项目和所采用的质量控制策略做了介绍。关键词:服务质量(QoS);流媒体;流媒体服务器;机群系统;多媒体1引言随着互联网的迅猛发展，人们对互联网上多媒体应用和服务的需求越来越显著，传统的以文字和图像为主的Web页面已经完全不能满足人们需要。现如今，流媒体服务已经成为Internet上相当普及的一种服务，而且发展迅速。流媒体技术是Internet上多媒体服务的核心技术，被广泛地应用于远程教育、网络电台、视频点播等许多领域。随着

3、应用规模的扩大和对带宽的需求迅速增加，我们对流媒体服务的要求也越来越高，如何可靠地提供大规模、高质量的流媒体服务已成为高性能流媒体技术的研究目标。本文重点介绍的就是在互联网上提供流媒体服务的QoS（QualityofService）控制技术。下面，我首先对流媒体技术做一个简单的介绍，然后提出流媒体技术中所涉及的QoS控制问题，接着具体的探讨QoS控制方面的几种有针对性的解决方案，最后介绍我们所要进行的一个流媒体服务器的项目以及准备采用的QoS控制策略。2流媒体技术概要流媒体可以分为现场视音频和已录制好的视音频。而在本论文中，我们主要针对的是那些已经录制好的视音频。在互联网上进行

4、视音频传输有两种不同的方式，一种就是传统的下载传输，即把整个文件都下载到本地，然后进行播放。而另外一种就是流式传输。所谓流式传输，即是把声音、影像或动画等信息由服务器向用户计算机连续、实时传送，当在客户机上播放音频、视频等媒体文件时，文件的剩余部分将在后台从服务器端继续下载。流式传输大大缩短了启动延时，而且不需要太大的缓存容量。正因为流式传输有其独特的优越性，所以它在多媒体视音频传输（即流媒体传输）方面受到了广泛的应用，由此出现了现如今正在蓬勃发展的流媒体技术。但是流媒体传输却在带宽、延时、丢包率等方面有所要求。在现在的互联网上，就算是最好的情况，也不能完全保证流媒体传输的质量

5、。而且在组播（multicast）情况下，我们更难满足有不同质量要求的用户。所以，建立一个好的QoS（QualityofService）控制机制是提高流媒体传输质量的关键因素。在流媒体制作、传输、播放的整个流程中，会涉及到流媒体技术中的几个关键性问题。它们包括：视音频压缩技术、应用层质量控制技术、连续媒体发送机制、流媒体服务器、媒体同步机制以及流媒体相关协议。它们在整个流媒体传输框架中的表示如下图所示：由图所示，原始视音频通过某种压缩算法压缩成为某种格式的文件，储存在特定的存储设备上。一旦客户端请求到来，流媒体服务器就检索到相应的流媒体文件，先由应用层根据QoS方案进行质量方面

6、的控制，以适应不同客户端请求的需要，然后通过传输协议将流媒体数据发送至互联网。在互联网的传输过程中，可能会出现包丢失、延时等由网络拥塞引起的传输错误。为了提高流媒体数据包在网络上传输的质量，我们采用了连续媒体发送机制（如Caching），它能大大提高视音频传输的质量。流媒体数据到达客户端后，客户端软件再对视音频进行解压缩，同时进行质量方面的控制和提高（包括错误恢复、错误隐藏等等）。另外视音频播放的时候还要涉及到媒体同步机制。在整个流媒体传输的流程中，QoS控制占据着很重要的部分。无论在应用层的QoS控制，还是在连续媒体发送机制中，都要涉及到QoS控制。按照功能的不同，流媒体的Q

7、oS控制大体上可以分成下面两个部分：拥塞控制和错误控制。下面我们对这两种不同的QoS控制分别作探讨。1拥塞控制（congestioncontrol）拥塞控制主要目的是减少在网络中流媒体包的丢包率，同时降低网络延时，使数据包顺利到达客户端。在流媒体传输过程中，最典型的拥塞控制形式是码率控制（ratecontrol）。码率控制，指的就是使码率和网络带宽所匹配，从而最大限度的减少网络拥塞。另外，跟码率控制相关联的一个速率控制方法是码率定制（rateshaping）。我们这里先介绍码率控制，然后再解