VBR视频流的调度和传输

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连续媒体的存储和传输是多媒体点播系统的关键技术,在一定的服务质量要求下提供大量的、并发的连续媒体流是设计该系统的主要目标。连续媒体的播放具有严格的连续性、实时性和时序性等特点,而有限的系统资源,如磁盘带宽、磁盘缓存和网络带宽往往成为改进系统综合性能的瓶颈,再加之VBR视频流的大量应用更是给有限资源和连续播放带来了挑战。因此,本文主要针对变比特率视频流的磁盘I/O调度、网络传输以及流本身的预测等几方面进行研究。 VBR视频流的突发性和自相似性,给视频服务器系统有限资源——磁盘I/O带宽和缓存容量——的分配带来很大的挑战。数据从磁盘到缓存的调度方式将在很大程度上影响服务器系统整体性能的提高。为此,本文通过建立过程周期模型和即时周期模型,对VBR视频流分别进行了基于在线测量和基于等效带宽的调度与接纳研究。算法以提高服务器的磁盘I/O带宽和缓存的综合利用率为目的,以在线测量剩余系统资源和周期容限为依据,对调度周期进行动态调整,使得系统所剩资源处于一种动态的平衡过程,避免了单一资源持续成为瓶颈而浪费其它系统资源,从而大大提高了有限资源的利用率、并发流数和算法的可实现性。 网络带宽的有限性也给VBR视频流的传输带来了不容忽视的挑战。本文从两方面研究了VBR视频流在有限带宽网络的传输问题。一是通过对视频内容的运动复杂度和人眼对视频内容的惰性的分析,根据视频流本身的特性和丢帧历史实时调整各流的丢帧优先级,在网络负载加重时适当丢弃一些B帧,以提高网络的利用率和接纳率。另一方面,通过对VBR视频的编码结构、内容相关性、码流统计特性以及镜头切换的分析,研究了I帧、P帧、B帧各自的相关性以及它们之间比例的统计性、跟踪性,提出了针对不同类帧的基于帧间比例的预测(IFPP)算法,并以预测结果为依据为视频流动态分配网络带宽,仿真结果表明,该算法不但大大改进了基于GOP间参考的预测(IGRP)算法的性能,而且明显降低了VBR视频流的突发性和自相似性对网络缓存和排队性能所造成的影响。 接下来,研究了变比特率数据流在web服务器的接纳过程。通过对web服务器的负载特点、到达率以及文件大小分布的分析,提出了基于在线测量的web服务器接纳控制算法。该算法在接纳过程中以负载及其变化率为依据,利用模糊逻辑在线调整测量窗口的大小,从而最大限度地提高web服务器资源的利用率。 在论文的最后,简要介绍了我们实验室开发的宽带多媒体应用平台。
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