基于多路径传输的视频直播性能优化

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随着具有视频拍摄和上传功能的智能设备的普及和网络带宽增加,实时交互式直播应用(如花椒,映客等)井喷式发展,成为网络社交、自媒体和广告营销的新方式。在交互式视频直播系统中,直播者和观众可以实时互动,因此对延迟更加敏感。同时每个用户都可以成为视频直播源,视频直播源地域分布广,网络环境差异大,对性能提出了更大的挑战。通过对参与性视频直播应用的测量发现,系统性能瓶颈主要体现在视频源到服务器之间的上传性能较差。为了优化参与性直播视频系统的上传性能,本文从多路径协同和单路径传输协议优化两个角度开展研究,主要工作如下:  1.提出了基于网络编码的多路径冗余直播传输策略。为了解决单路径传输时容易受到某一瓶颈链路影响的问题,本文采用上传者和多台CDN前端服务器建立连接的方式进行数据传输。在发送端通过网络编码实现不同路径之间的数据协同工作。同时,周期性采集路径性能参数,利用基于丢包率和发送速率定义的效用函数进行路径性能评估,并根据评估值按一定比例在不同路径上进行数据分发。实验结果表明,通过两条路径进行传输性能是相同链路状况的下单条路径传输性能的1.8倍。  2.UDX传输协议测量分析和传输性能优化。传统TCP协议存在传输停顿的问题,并不适用于交互式直播环境的问题。基于UDP的传输协议UDX通过解耦合丢包恢复和流控等方式,实现数据高速传输。本文测量分析了UDX协议在不同的链路环境下的性能,并与TCP协议进行了对比。测量分析结果表明,UDX存在丢包恢复不及时、对TCP流公平性较差的问题。针对这两个问题,提出快速丢包恢复和可配置传输控制机制,优化了UDX协议。实验结果表明,在丢包率5%、时延20ms的网络环境下,优化后的UDX性能约为TCP的4.2倍。  3.基于UDX的多路径直播原型系统的设计与实现。应用上述传输策略和传输协议,设计并实现了多路径直播原型系统。该系统主要分为视频捕获串流,编码分发,推送转发,接收解码,视频播放等模块。其中视频串流主要利用VLC采集视频并串流,编码分发和接收解码模块实现了本文提出的多条路径传输策略,传输协议采用改进后的UDX协议,最后视频播放模块通过VLC播放直播画面。通过对比不同链路环境下单路径和多路径传输策略的性能,验证了该系统可以充分利用多条链路的有效带宽,并且在不同网络环境下具有更高的稳定性。
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