MPEG-4视频流式传输拥塞控制研究与实现

随着Internet和多媒体技术的飞速发展，MPEG-4视频的流式传输成为网络应用的热点之一。拥塞控制在视频的流式传输中具有非常重要的地位，它对整个网络的健壮性和稳定性起着至关重要的作用。目前的Internet还不能有效满足视频传输应用的带宽、时延、丢包要求，且当前Internet上的主要流量是基于TCP协议的，因此研究既适合于MPEG-4视频流式传输，又能够与TCP公平分享带宽的拥塞控制机制，成为了Internet传输领域的一个重要课题。 论文首先介绍了课题研究的背景和意义以及当前的研究现状，简述了RTP／RTCP协议原理和MPEG-4视频编码特性。然后提出了基于RTP的MPEG-4视频传输模型，研究适合于MPEG-4视频传输的RTP载荷格式及组包算法，使传输同时具有高效性和丢包的鲁棒性。 接着分别就基于AIMD和基于模型的端到端拥塞控制算法进行研究。在分析已有的拥塞控制算法的基础上对其进行改进，提出了自己的方法，并且通过实验证明本文提出的MPEG-4视频流式传输中的拥塞控制机制是有效的和TCP友好的。 论文还介绍了本文实验平台NS以及在NS中实现本文提出的拥塞控制算法的方法和过程。 最后总结全文，并指出了下一步的研究工作。 论文的主要贡献在于：①提出了基于RTP的MPEG-4视频传输模型并充分利用MPEG-4的Video Object Plane（VOP）特性，采用适用于MPEG-4视频传输的RW载荷格式及组包算法，同时具有传输的高效性和丢包的鲁棒性。 ②对基于AIMD的拥塞控制方法进行了研究和改进。为减少由于网络负载状况迅速涨落引起丢包率的巨大反差而导致的对发送端输出码率的振荡调节，我们引入低通滤波器对丢包率入进行平滑处理，根据平滑后的丢包率自适应改变输出码率。通过两个门限值λc、λⅠ，将网络的负载状况分为拥塞、适中、空闲三种状态，进一步减小发送速率的振荡频率。为使发送端在网络负载处于低载状态时，能迅速地提高码率，充分利用网络带宽，同时对网络当前的负载状况又不过于敏感，避免出现“振荡调节服务质量”的情况，本文提出了一种自适应下门限调节方案，根据历史记录动态调节下门限值，使整个传输过程既能充分利用带宽又不引起网络拥塞，从而减小时延，降低丢包率，同时减小了发送速率的振荡性。 ③对基于模型的拥塞控制方法进行了研究和改进。根据MPEG4视频流应用的特点，选择合适的吞吐量模型，进行合理的参数估计，并根据计算出的带宽进行相应的速率调整来实现拥塞控制，我们使用未来RTT的估计值和分组丢失率的估计值作为吞吐量模型的参数，增强了控制的实时性，弱化了业务的振荡性，提高了带宽预测的准确性；在进行速率调整时，不是简单地将发送速率调整到与TCP吞吐量模型一致，而是采用类似TCP的AIMD策略来调节发送速率，减小了发送速率的振荡性。 ④通过实验证明本文提出的AIMD拥塞控制算法能充分利用带宽且是TCP友好的，与现有方法相比，对发送速率的振荡性有一定改善。本文提出的基于模型的拥塞控制算法不仅能准确跟踪可用带宽，具有平滑的发送速率，而且是TCP友好的。