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互联网与报纸、广播、电视等传统媒体一样,已经成为人们生活中不可或缺的信息获取渠道。互联网拥有强大的终端处理能力,使用交互的通信模式,兼容多种媒体格式(文字、图片,音频、视频等),这些特点使得互联网能够超越传统媒体,成为未来信息传输的主流媒体,互联网也因此被称为网络新媒体。其中,以流媒体为主的应用业务(如协同工作系统、视频点播服务、大规模视频直播服务等)正在成为互联网业务发展的主流方向。但是,互联网尽力而为的服务特性,通信带宽和传输时延的动态性使得端到端的流媒体通信遇到了挑战。另外,面对流媒体的高码率时,传统的C/S(Client/Server)服务模式的服务器资源,如出口带宽、存储资源、计算处理能力等,捉襟见肘。对于巨大的服务需求,单纯地增加服务器资源显得杯水车薪。除了使用先进的压缩算法(如H.264/AVC,AVC-Advanced Video Coding)减少对通信带宽和存储资源的需求外,研究流媒体传输技术和流媒体应用系统,提高端到端的流媒体通信效率和质量,解决大规模流媒体通信的问题,设计和实现兼容多种格式的流媒体通信平台,才能满足日益增长的互联网流媒体通信需求。
本论文在国内外相关研究工作的基础上,提出了率失真优化的流媒体传输算法,推送模式的P2P流媒体分发算法,设计并实现了结合富媒体技术和P2P流媒体直播技术的商用平台——Shanon富媒体平台。具体的内容和创新成果如下：
(1)TCP(Transmission Control Protocol)协议保证分组的到达但不保证分组传输时延,面对高码率的实时业务(如流媒体业务),TCP显得无能为力。但是UDP(User Datagram Protocol)协议又因为缺乏流量控制,缺乏分组到达的保证,不能直接用于承载流媒体。文中通过实际实验获得UDP信道的信道参数,并建立了UDP信道的模型；分析单嵌套码流的结构和抗误码性能,提出了单嵌套码流的率失真优化传输算法。
(2)H.264/AVC作为目前最优秀的视频压缩算法,在以前算法的基础上添加了一系列抗误码工具,试图从源编码方面提高视频流的抗误码能力。其中最为重要的抗误码技术是FMO(Flexible Macroblock Ordering)编码选项。但是实际实验发现,在高分组丢失率(如20％)的情况下,FMO技术起到的效果也是有限的。本文通过丢弃H.264/AVC FMO码流特定的NALU(NetworkAbstraction Layer Units),详尽地分析了H.264/AVC FMO码流的抗误码性能,并结合UDP信道模型,提出了H.264/AVC FMO码流的率失真优化传输算法。
(3)与传统的C/S模式不同,P2P(Peer-To-Peer)对等网络中的节点在扮演客户端的角色的同时,也承担服务器的任务,即终端在获取数据时,也向其他节点上传数据,向系统贡献自己的资源。这样当系统规模增大时,系统总的可用资源也随之增加,这就解决了C/S模式系统遇到的服务器瓶颈的问题。但是因为P2P网络节点的异构性(如上下行带宽、计算能力等),使得服务质量成为P2P网络必须面对的挑战。本文提出的推送模式的P2P流媒体分发算法,以“我为人人”的思想为出发点,有效的提高了数据复制的速度,能够利用处于内网的节点的上传带宽,减少节点与源节点的传输延时,保证节点之间的准同步播放。
(4)富媒体,也称为webeasts技术,可以提供同步的在线音频、视频以及文件下载,并因其信息承载方式的多样性成为炽手可热的应用。普通个人用户如何降低成本,使用有限的资源,降低技术难度,使用快捷简单的方式实现大规模的富媒体应用是每个实际可用的流媒体(富媒体)平台系统在设计时必须解决的问题,也是商业市场迫切的需求。Shanon富媒体平台系统利用了P2P技术信息覆盖的广度和富媒体技术信息承载的广度优势,提出了创新的系统结构和业务模式,能够为用户提供便捷灵活的媒体发布服务,并为商业模式的创新提供了技术支持。