丢包模型介绍伯努利模型模型第三章基于的无线网络视频传输控制方法研究预测模型现有研究成果本文提出的改进算法实验环境实验数据的处理无线信道错误模型实验步骤实验结果实验结果分析模糊控制算法第四章算法验证与分析实验实验二实验三实验四本章小结第五章总结与展望总结展望参考文献致谢万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论研究背景与意义近年来智能手机等终端已经成为人们获取信息的重要工具，人们对信息的需求已经从初期的文本文字逐渐转变到包含文本和音频视频等多媒体信息。移动网络的大规模建成和众多室内外环境的无线局域网也为无线音视频传输奠定了网络基础。大量的多媒体应用已经极大的丰富了人们获取信息的方式，并且在有线互联网络中取得了极大的成功。但是在无线网络中接收端的视频质量仍不能满足用户对视频质量的要求。实际的传输网络般是有线网络与无线网络混合组成。有线网络基本可以保证多媒体流的传输质量，而对传输质量有较大影响的则是作为最后跳的无线网络。从传输的角度来说，智能终端具有移动性，无线信道具有时变性，以及无线传输中的阴影衰落等现象都会影响无线视频传输质量。同时用户的终端也具有非常大的差异性，终端屏幕大小处理速率都有不同。提供不分时间地点和终端都能够支持的无线视频传输服务并保证传输质量是急需解决的问题。如何实时准确地度量接收端视频质量，并通过拥塞控制速率控制等机制来维持和增强用户的体验质量是个复杂且迫切需要解决的问题。随着网络的发展和终端性能的不断升级，多媒体业务带来的数据将会成为未来移动互联网中最主要的数据流量。般情况下视频文件的数据量较大，并且数据之间存在时间和空间的冗余性，因而在传输前需要进行压缩编码，即信源编码。最为常见的视频压缩编码标准有和。系列是由国际标准化组织和共同提出，包括了等标准。是的和的组成的联合视频组共同制定的新代视频编码标准，它具有很高的数据压缩性能。与相比，得到同样质量的视频经过压缩编码后码率可以降低左右。由于优异的压缩性能在数字电视广播实时视频通信网络视频流传输中发挥着重要的作用。逐渐受到广泛的关注，具有广阔的应用前景，被认为是最具有发展潜力的下代视频压缩技术。经过压缩编码后的视频要实现在无线网络上进行高质量的视频传输，仍面临着些挑战，主要有以下几点带宽网络带宽作为最重要的网络资源直接影响着视频传输的质量。网络带宽限制着视频的编码速率。上任何发送节点与目的节点之间的链路带宽是有限的，而且链路带宽是由竞万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论争流实时共享的。对每个数据流来说，它竞争得到的可用带宽是时变的。由于视频包含的信息量大，因而对带宽的需求就比较高。方面在带宽不足的情况下会造成数据包丢失率明显增加，使用户得到的视频质量下降另方面，在带宽充足的情况下，如果数据包发送速率过小又会造成网络资源的浪费。延迟分组的传输延迟是分组跨多个子网或者路由器传输所消耗的时间总和。个分组的延迟通常由传输延迟交换延迟排队延迟等构成。普通的文本传输只需要数据能够准确地被传送到目的节点，没有严格的时延限制，但是视频传输对时延有较高的要求。通常视频传输的接收端使用较大的缓冲存储来克服延迟带来的问题，但是如果分组的延迟超过定的时间限制，即使分组能够正确到达目的节点，也会作丢包处理进而影响接收端视频播放的质量。另方面，由于分组在中间路由节点的排队时间不同或者到达的路径不同，延迟抖动也会影响视频质量。从保证视频传输服务的稳定性方面来说，若分组能够以固定的速率到达目的节点，则可以消除视频播放的抖动现象。分组丢系。整数变换与量化与之前的编码标准类似，对残差数据采用基于块的变换编码以去除原始图像的空间冗余。但与以往标准采用的实数离散余弦变换编码方式不同，对图像或预测残差采用了整数变换技术，采用整数变换主要有以下几个原因由于采用了高效的帧内与帧间预测技术，预测后的残差图像信号在空间上统计冗余较小采用较小的整数变换可以减少块效应采用较小的整数变换，只使用较短的位字长就可以完成计算，并且运算只采用加法和移位操作，降低了计算复杂度，并避免了编解码过程中的失配问题。虽然以往的视频编码标准也利用量化原理进行压缩编码，但的量化有不同之处。量化是数据压缩中很重要的步。在，变换系数通过无扩展的分级量化进行量化。其基本公式为，其中为量化参数，为输入系数值，为量化步长，因而色差信号的保真度较亮度系数大有改善。由于把变化和量化融合在起，因而有效的减少了压缩编码的运算量熵编码熵编码是在统计的意义上对数据的冗余信息进行压缩。在视频编码中，般采用编码和变长编码相结合的方法进行熵编码，对出现概率较大的数据用较短的字长表示，对出现概率较小的数据用较长的字长表示以达到降低数据量的目的。根据视频内容不同，提供了两种熵编码，即上下自适应二进制算术编码，和上下文自适应可变长编码，。是种简单的编码方法，主要对量化的变换系数进行编码。它根据已传输的语法元素出现的概率，在现有变长编码表中切换选择编码参数，利用相邻块之间非零系数的个数和零数集中在高频段的特性，采用锯齿型扫描方法，充分挖掘了数据的统计特性，提高了压缩比。其他的待编码的语法元素，如预测模式宏块分割方法运动矢量等都采用统的可变长码，该码表由指数哥伦布码构成，具有简单而规则的特性。编码的基本步骤为先对符号二进制化，然后选择内容模型，再通过算术编码器进行二进制编码，最后更新概率。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章相关背景知识介绍网络提取层网络抽象层用于为视频编码层提供个与网络无关的接口，主要处理的是以上的数据，为视频编码层处理后的数据以适应网络状态的方式对数据进行打包并通过网络传输。在标准中，以为单元在网络中进行传输。标准中定义的包含两种流格式单元流格式和字节流格式。每个单元流由许多组成，字节流则由单元流再加个四字节的起始码前缀构成。每个由个字节的头和个包含可变长编码符号的原始字节序列载荷组成，结构如图所示单元流格式头部头部头部字节流格式格式起始前缀头部头部头部图流格式单元的头信息包含三个定长比特区，为数据载荷的类型，占个比特为重要性指示位，占个比特为禁止位，占个比特。如图所示图单元头结构示意图头信息具体如下形式类型位用来标识该是种类型中的哪种。至表示的类型通常被使用。表示的类型可以在以外使用，载荷规则中就使用其中些来重组或者分割数据包。其它的值被保留将来在中使用重要性指示位用来标记单元的重要性。表示该不太重要的信息，则表示该信息非常重要禁止位在编码中被置为。当接收端发现该中错误时该位置为。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章相关背景知识介绍类型及建议规定的类型总共种，具体如表表类型及类型内容未指定非图像的编码编码的数据划分编码的数据划分编码的数据划分图像的编码补充增强信息序列参数集图像参数集接入单元定界符序列结束码流结束填充数据保留未指定视具体情况而定层的解码过程在进行单元解码之前，首先或者通过协议解析采用封装，或者通过起始码检测采用比特流方式，从传输码流中获取单元提取出去。单元解码的总体流程如图所示万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章相关背景知识介绍图解码流程图因此对于单元的解码过程其输入是单元，输出结果是经过解码的当前图像的样点值。在规范文档中规定对于同码流，所有的解码器必须产生数值上相同的结果，且必须符合规范定义的解码过程的标准。拥塞控制策略研究随着互联网的不断发展，网络的规模越来越庞大，网络的拥塞控制问题越来越引起人们的关注。网络拥塞般是局部性的，也就是说在网络的个节点或个区域内发生的，主要是当时的数据量超过了网络的承载能力。如果网络资源是无限的，那么就永远不会发生拥塞。但是由于技术的原因，网络资源是有限的，这种网络资源的稀缺性导致了网络拥塞。从传输的角度来说，网络资源包括有效带宽节点的缓冲区大小等从数据处理的角度来说，主要是终端设备的处理能力。但是网络资源的数量与拥塞程度并不是负相关的，如果网络资源过多，比如子网路由器较多的话，还有可能引起时延过大。从参与网络拥塞的控制的设备的角度来区分。目前的研究可以分为两类，种是基于终端进行拥塞控制，另种是基于网络进行拥塞控制。基于网络的拥塞控制需要协调网络中多个设备，实际操作中难度过大。而基于终端的拥塞控制对网络没有任何要求，只需要终端参与，无需网络中其他部分的配合，并且基于终端的拥塞控制可以较为方便的扩展到其他类型的网络，因此这种方法非常有讨论的意义。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章相关背景知识介绍协议协议目前已知受到学术界和工业界的青睐。协议中接收端动态的记录各种接收信息，并将这些信息反馈给发送端。发送端接收信息后依据公式预测网络状况来控制发送速率。同时它还实现了友好性。算法中采用稳态速率模型来进行预测。该模型可以用来计算协议在网络处于拥塞避免阶段时的平均发送速率。根据此公式，运行协议的发送端依据反馈的网络信息计算拥塞时应当选择的发送速率并进行调整。的吞吐量计算公式如下所示公式中是计算得到的发送速率是最大传输单元是数据包传输的往返时间为重传超时时间，般取在没有延迟确认机制下取值为为丢失事件率在之间。为了使接收端可以进行反馈，发送端在发送数据时要在分组中加入些信息，包括分组序号时间戳和发送端当前估算得到的。接收端不仅需要接收数据，还需要定期的记录接收到的数据包的信息并进行统计。最后再将这些信息以分组方式反馈给发送端。接收端通过分析收到的包，根据包头中的时间戳和分组序号，把该时间段内网络的平均值和平均丢失间隔传给发送端，以使发送端可以根据这些信息进行速率控制。在慢启动的过程中，发送端只需要进行丢包的监测，当监测到包丢失的时候，慢启动过程就结束，进入正常的传输控制过程。往返传输时延值是往返于发送端和接收端次的时间之和。般情况下我们认为，在视频传输过程中，根据传输方向的不同，实时网络状况的变化情况也不同。同时间段内，接收端到发送端的网络状况变化较小，发送端到接收端的网络状况变化情况要大。所以可以认为从接收端到发送端的时延值基本是不变的。发送端到接收端的传输时延则是由分组的时间戳减去接收时间计