基于客户端驱动的流媒体自适应传输技术研究

摘要

流媒体是指在互联网上使用流式传输技术进行数据传输的连续媒体。流式传输技术的主要特点是，用户不需要将整个多媒体文件下载到本地，只需要将起始几秒的数据先下载到本地缓冲区就可以播放了。同时，剩余数据仍持续不断地从服务器传输给用户，从而维持播放的连续性。流媒体技术的发展过程中，最重要的就是流媒体传输技术的发展。RTSP/RTP、HTTP渐进式下载和自适应传输是流媒体传输的关键技术。所谓自适应传输技术，指的是同样内容的媒体文件可以使用不同的码率编码出多个媒体副本，每个媒体副本拥有不同的质量等级，都是由许多个2到5秒的片段组成的，我们将这些片段称为分片，每个分片之间都是相互独立的。因为每个媒体副本都拥有不同的质量等级，所以这些副本的分片也对应的拥有不同的质量等级。自适应流媒体传输技术允许客户端每次请求一个分片，并且根据网络状况的变化每次请求不同质量等级的分片。由于在网络传输中，信道竞争和不同的路由选择等情况的影响，使得信道的吞吐量处于不断的变化中。这样就很可能会造成视频在网络传输中产生延时甚至丢包，从而导致解码器缓冲区的上溢或下溢，最终使得用户端视频播放出现停顿和明显的视觉感官质量的下降。因此，自适应传输策略的引入是迫在眉睫的。
　　本文首先研究了流媒体自适应传输技术，主要对国内外现有的各种自适应传输技术进行归纳分类和比较，并分析研究了国外当前最为先进的自适应传输技术(Microsoft Smooth Streaming和Apple Live Streaming)。其次，设计并实现了一个基于客户端驱动的自适应传输原型系统，其中基于客户端驱动指的是由客户端进行分片质量等级的选择并实现自适应流切换。在该原型系统的客户端中设计了一种简单的自适应传输策略，即使用平均带宽作为基准与当前带宽作比较，从而判断网络状况进行分片质量等级选择。再次，由于在原型系统中使用的自适应传输策略存在许多的不足，本文将Markov决策过程模型引入到自适应传输策略中，设计并实现了计算机网络Markov决策自适应传输策略。该策略的优点为，尽可能提高了分片的平均质量等级，尽量减少了分片质量等级切换的跳变和次数，更好地保证了视频的平滑播放。最后，利用NS2仿真软件设计并实现了自适应传输改进系统，该改进系统是在基于客户端驱动的自适应传输原型系统的基础上，引入了Markov自适应传输策略。通过本改进系统进行实验，验证了本文提出的自适应传输策略的有效性，达到了预期效果。

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第一章 绪 论

1.1 流媒体技术的发展与趋势

1.2 流媒体传输中存在的问题

1.3 本文主要研究内容和组织结构

第二章 流媒体传输技术综述

2.1 流媒体的基本原理

2.2 流媒体传输技术的发展

2.3 自适应传输技术

2.4 基于 SVC 的自适应传输技术

2.5 最新的流媒体传输实例介绍

2.6 本章小结

第三章 基于客户端驱动的自适应传输原型系统

3.1 系统总体架构

3.2 片源端的实现

3.3 服务器端的实现

3.4 客户端的实现

3.5 简单的自适应传输控制策略

3.6 原型系统播放结果展示

3.7 本章小结

第四章 基于客户端驱动的自适应传输策略

4.1 自适应流媒体传输策略的必要性

4.2 Markov 决策自适应传输策略

4.3 Markov 决策过程模型

4.4 Markov 决策自适应传输策略的实现

4.5 本章小结

第五章 基于 NS2 的自适应传输改进系统的仿真设计

5.1 NS2 的简介

5.2 NS2 网络仿真方法及一般过程

5.3 基于 NS2 的数据传输

5.4 自适应传输改进系统的仿真实现

5.5 仿真结果与分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 本文工作展望

致谢

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目