基于IPv6 的高清視頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與性能分析
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(1) 發(fā)送引擎監(jiān)測(cè):在發(fā)送端記錄發(fā)送數(shù)據(jù)包的序列號(hào)和時(shí)間戳；同時(shí)統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送的包數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)包速率。
(2) 網(wǎng)絡(luò)傳輸測(cè)量:測(cè)量系統(tǒng)發(fā)送端與接收端之間鏈路的擁塞狀況。 此功能是通過(guò)定時(shí)發(fā)送一定數(shù)量的ICMP 報(bào)文然后統(tǒng)計(jì)應(yīng)答報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以得到網(wǎng)絡(luò)層丟包率等參數(shù)。
(3) 接收組幀引擎監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)接收組幀引擎接收數(shù)據(jù)包與解包( depacketize) 的情況，解包后可以得到各包的序列號(hào)和時(shí)間戳；在多種時(shí)間粒度下作統(tǒng)計(jì)，可以得到應(yīng)用層丟包率等參數(shù)。需要指出，在統(tǒng)計(jì)丟包率時(shí)要首先定義統(tǒng)計(jì)的時(shí)間粒度。 時(shí)間粒度的選取不僅要注意應(yīng)盡可能精確以利于編程計(jì)算丟包率，同時(shí)要注意，由于相同Sample 的43 個(gè)包被認(rèn)為是邏輯上同時(shí)產(chǎn)生的，它們的時(shí)間戳是相同的，分開(kāi)統(tǒng)計(jì)既不符合邏輯規(guī)律也不符合實(shí)際的物理組幀規(guī)律。 考慮到這一點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)丟包的時(shí)間單位的劃分時(shí)刻必須選在Sample 的邊界上。
高清視頻系統(tǒng)在IPv6 網(wǎng)上的應(yīng)用
在國(guó)內(nèi)IPv6 網(wǎng)上的應(yīng)用
2004 年3 月19 日，基于IPv6 的HDV 視頻系統(tǒng)首次在國(guó)內(nèi)IPv6 試驗(yàn)網(wǎng)CERNET2 上試用，視頻源采用JVC-HDR 攝像頭(720p) ，視頻發(fā)送地點(diǎn)為清華大學(xué)，視頻接收點(diǎn)為北京國(guó)際會(huì)議中心的演示大廳。 網(wǎng)絡(luò)線路為帶寬100 Mbp s 的共享線路；在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時(shí)，圖像基本流暢。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上其他應(yīng)用較多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)丟包和抖動(dòng)。
在國(guó)際IPv6 網(wǎng)上的應(yīng)用
2005 年3 月，清華大學(xué)和韓國(guó)KAIST 大學(xué)之間通過(guò)國(guó)際互聯(lián)的IPv6 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了HDV 的對(duì)傳試驗(yàn)，兩端點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)連接配置如圖2 所示。
雙方發(fā)送和接收端地址如表1 所示。 該試驗(yàn)中，網(wǎng)絡(luò)跨越了中韓兩國(guó)，國(guó)際互聯(lián)帶寬為155 Mbps ，途經(jīng)的路由器均支持IPv4/ Ipv6 雙棧協(xié)議。 由于中間網(wǎng)絡(luò)條件比較復(fù)雜，試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了馬賽克和抖動(dòng)現(xiàn)象。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致丟包率大過(guò)一定閾值時(shí)，圖像會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間停滯。
表1 中韓HDV 系統(tǒng)IPv6 測(cè)試收發(fā)端地址
高清視頻系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)背景流量的依賴性和敏感性
HDV 系統(tǒng)的性能可通過(guò)觀察接收端的視頻質(zhì)量感受，如是否流暢、是否出現(xiàn)抖動(dòng)或馬賽克等。 利用測(cè)量子系統(tǒng)，對(duì)HDV 系統(tǒng)在接收端的視頻質(zhì)量和丟包率進(jìn)行了比較。 結(jié)果表明，接收端看到的視頻質(zhì)量(主觀) 與系統(tǒng)的丟包率(即客觀測(cè)量得到的應(yīng)用層丟包率) 有著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即系統(tǒng)的丟包率越大，視頻質(zhì)量的下降越明顯。 因此作者可以以系統(tǒng)的丟包率來(lái)反映接收端視頻質(zhì)量的下降，以丟包率的平均值反映接收端視頻質(zhì)量下降的平均水平，丟包率的方差和峰值反映接收端視頻質(zhì)量的波動(dòng)(偏離平均水平的程度) 。
為定量分析HDV 系統(tǒng)性能對(duì)網(wǎng)絡(luò)背景流量的依賴性和敏感性，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)背景流量逐級(jí)增加的試驗(yàn):用流量發(fā)生器逐級(jí)注入流量，同步記錄HDV 傳輸系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)載荷增加各時(shí)刻的丟包率。 根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制網(wǎng)絡(luò)背景流量和丟包率關(guān)系圖。
圖3 表示系統(tǒng)平均丟包率與注入網(wǎng)絡(luò)背景流量的關(guān)系，圖4 表示系統(tǒng)丟包率方差(a) 和丟包率峰值(b) 與注入網(wǎng)絡(luò)背景流量的關(guān)系。
從圖3 可以看出，網(wǎng)絡(luò)背景流量增加時(shí)，系統(tǒng)的平均丟包率相應(yīng)增加。 二者近似為線性單調(diào)關(guān)系，符合一般的規(guī)律。
由圖4 (a) 可以看出，隨著人為網(wǎng)絡(luò)背景流量的增加，系統(tǒng)丟包率方差并不是單調(diào)增加的。 在背景流量超過(guò)35 Mbps (此時(shí)網(wǎng)絡(luò)載荷接近飽和) 以后，系統(tǒng)的丟包率方差曲線呈現(xiàn)波動(dòng)性狀。 即背景流量降低并不意味著丟包率方差的降低，此時(shí)丟包率方差反可能升高，體現(xiàn)出和平均丟包率不同的性態(tài)，主觀感覺(jué)就是視頻圖像偏離平均水平的變壞程度(停頓或花屏) 并不會(huì)因?yàn)楸尘傲髁康慕档投档?，而是過(guò)了一定背景流量閾值后就有著較高的丟包率方差(丟包峰值表現(xiàn)類似，見(jiàn)圖4 ( b) ) 。 這種性態(tài)顯示了高清視頻傳輸?shù)膩G包率方差和丟包率峰值對(duì)網(wǎng)絡(luò)背景流量的改變不敏感，可從HDV 應(yīng)用本身流量載荷較大的角度去理解。 同時(shí)可看出當(dāng)注入的背景流量超過(guò)一定閾值后(圖中為35 Mbps) ，平均丟包率和丟包率方差會(huì)顯著增加。
評(píng)論