清鶴自適應網(wǎng)絡(luò )帶寬的流媒體傳送技術(shù)描述

2005/04/04

　　就象解決一個(gè)城市的交通問(wèn)題，解決流媒體系統的QoS問(wèn)題一般有兩條路子：一條路是在路上做文章；另一條路是在流媒體系統本身做文章。前一段時(shí)間炒的火熱的ISDN技術(shù)、ATM技術(shù)以及未來(lái)的IPv6等網(wǎng)絡(luò )協(xié)議屬于前一種辦法，但是，截至目前為止，ISDN與ATM并沒(méi)有成為網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的主流，TCP/IP仍然是事實(shí)上的標準。在流媒體系統本身做文章也有深入探討，主要是從電子學(xué)與計算機科學(xué)的角度出發(fā)的，如各種編碼技術(shù)、各種壓縮技術(shù)等，這條路子似乎也走到了盡頭，流媒體系統的核心與瓶頸問(wèn)題并沒(méi)有很好的解決。

　　但如果換一個(gè)角度，從控制論的思想出發(fā)，將會(huì )發(fā)現更進(jìn)一層的突破。為了克服網(wǎng)絡(luò )狀況不確定所造成的影響，視頻服務(wù)器必須自適應地調整發(fā)送策略來(lái)保證視頻服務(wù)的質(zhì)量和實(shí)時(shí)性。正是從控制論的角度，我公司深入探討了自適應網(wǎng)絡(luò )帶寬的實(shí)時(shí)流媒體傳送問(wèn)題，發(fā)明并實(shí)現了一套簡(jiǎn)單易用、效果很好的實(shí)時(shí)流媒體傳送方案：自適應網(wǎng)絡(luò )帶寬的流媒體傳送技術(shù)，其中利用了自適應控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、反饋與前饋控制技術(shù)等先進(jìn)的控制技術(shù)。圖2中的自適應調度和調節器是本公司的核心技術(shù)之一。本技術(shù)屬?lài)�際首創(chuàng )。嚴格的理論證明和技術(shù)測試說(shuō)明本方案效果很好，非常便于實(shí)現。同時(shí)，根據我們的方案實(shí)現的原型系統在清華大學(xué)校園網(wǎng)上經(jīng)過(guò)測試，效果非常理想。本公司生產(chǎn)的自適應調度和調節器適用于目前通用的任何編碼方式和網(wǎng)絡(luò )，所以可以作為OEM插件提供給其他的流媒體廠(chǎng)商。

圖3 采用該技術(shù)的視頻點(diǎn)播系統測試結果

　　圖3給出了在劇烈的帶寬變化情況下，應用該技術(shù)的視頻點(diǎn)播系統所達到的性能。在圖3中，（a）表示所使用的帶寬情況；（b）表示客戶(hù)端得到的視頻播放質(zhì)量；（c）和（d）分別表示在播放過(guò)程中接收緩沖區和發(fā)送緩沖區中的數據量情況。對比圖3（a）（b）可以看出，在網(wǎng)絡(luò )帶寬劇烈變化的情況下，視頻播放質(zhì)量的變化很平緩。由圖3（c）知，接收方緩沖區沒(méi)有發(fā)生上溢或下溢，這表明客戶(hù)始終能享受到連續的視頻播放，沒(méi)有出現播放卡殼；也沒(méi)有出現因為緩沖區上溢而丟失從網(wǎng)絡(luò )傳過(guò)來(lái)的數據。圖3（d）則表明發(fā)送緩沖區始終在80k字節左右，沒(méi)有發(fā)生下溢，說(shuō)明數據發(fā)送模塊始終有數據可發(fā)，即網(wǎng)絡(luò )帶寬得到了充分利用。

具體而言，與國際上已有的流媒體傳輸技術(shù)相比，我們的技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）該技術(shù)能使流媒體服務(wù)器自動(dòng)適應網(wǎng)絡(luò )狀況實(shí)時(shí)傳送流媒體數據。即使在劇烈變化的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，采用該技術(shù)仍能保證客戶(hù)享受到連續的、平穩的、最高質(zhì)量的視頻服務(wù)。
　　（2）該技術(shù)不需估計網(wǎng)絡(luò )帶寬，避免了網(wǎng)絡(luò )帶寬估計不準帶來(lái)的性能大幅下降。
　　（3）該技術(shù)實(shí)現了質(zhì)量自適應系統與網(wǎng)絡(luò )系統的解耦，從而使得技術(shù)中的質(zhì)量自適應系統能在任何已有網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下工作，極大地降低了技術(shù)推廣的難度。
　　（4）該技術(shù)能很好地屏蔽網(wǎng)絡(luò )帶寬的短時(shí)間尺度波動(dòng)對視頻播放質(zhì)量的影響。由于擁塞控制的作用，網(wǎng)絡(luò )帶寬的短時(shí)間尺度波動(dòng)常常比較大，如果直接按照網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)帶寬進(jìn)行視頻質(zhì)量調節，必然會(huì )造成視頻質(zhì)量抖動(dòng)劇烈，極大影響播放效果。
　　（5） 該技術(shù)極大地簡(jiǎn)化了參數的調節難度。在該技術(shù)方案中，參數可以根據嚴格的理論推導給出一個(gè)范圍，而且需要調節的參數量很少。

　　該技術(shù)方案完全有別于RealNetworks的真實(shí)流（Sure Streaming）和Microsoft的智能流（Intelligent Streaming）。這兩種解決方案其實(shí)是在與用戶(hù)建立連接的初始，檢測用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )帶寬資源狀況以及連接數目的多少，以此來(lái)判斷，發(fā)送文件大小最適合的流媒體文件。而在用戶(hù)觀(guān)看流媒體文件的2-3個(gè)小時(shí)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò )狀況和帶寬資源其實(shí)一直在變化的，可能不斷有新的用戶(hù)連接上來(lái)，并發(fā)數不斷在變化，但系統無(wú)力實(shí)時(shí)調整，結果在用戶(hù)端還是會(huì )時(shí)常出現圖像卡殼、抖動(dòng)和停停放放的情況，服務(wù)質(zhì)量仍然無(wú)法保證。而我們實(shí)時(shí)自適應流媒體傳輸技術(shù)，是始終對文件大小和發(fā)送速率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整的，并且是實(shí)時(shí)準確計算網(wǎng)絡(luò )資源和用戶(hù)端緩沖區的狀況，進(jìn)行精確調整，保證終端用戶(hù)播放的流暢和清晰，且不耗費任何系統資源。

上海清鶴公司供稿 CTI論壇編輯