一种基于RTCP反馈的3G流媒体速率控制算法

Cfree =
( 3)
F BS,
T NSN + toff > t
式中: F BS 为 N A DU 反馈的缓存可用空间; T NS N + toff 为数据包 N SN 的实际解码时间。由于式( 3) 没有考虑 服务器已经发送, 但客户端尚未接收的数据包, 故对上 式作如下修正:
F BS + S NSN - N curr , T NSN + toff < t
关键词: RT CP 反馈; 网络缓存上溢; 客户缓存下溢; 速率控制
中图分类号: T N919. 3 34
文献标识码: A
文章编号: 1004 373X( 2010) 21 0021 03
Rate Control Algorithm for 3G Streaming Media Service Based on RTCP Feedback
图 2 RT CP 反馈过程
2 发送速率控制算法
当客户端向服务器发出 服务请求后, 服务器通过 RT SP 协议为客户端配置连接属性, 并获得网络缓存和 客户端缓存 N max 和 Cmax , 完成流媒体会话的建立[ 9] 。会 话建立后, 服务器将媒体内容分割打包, 标记序列号。并 发送给客户端。设第 i 个数据包的大小为 S i , 当服务器 在会话初始时刻发送的第一个数据包序号为 ISN = 0,
N
则在 t 时间内发送 N 个数据包的数据量为 ! Si 。服 i= IS N= 0
务器 收 到 来 自 客 户 端 的 RT CP 反 馈 后, 可 以 获 知 RT CP RR 报告产生时客户端已接收的包序号 H RSN, 以及本地记录的发送包序号, 即当前已发送的最大包序 号 H T SN。序号 H T SN 与 H RSN 的差值表示为正在 网络中传输的数据包数目, 假设这些数据包都暂存在网 络缓存中, 那么可估计当前网络缓存存储状态为:
业务感知的满意度。为了解决这个问题, 根据 3G PP PSS 提出的反馈机制, 阐述了 一种基于 RT CP 反馈信息 的 3G 流 媒体速
率控制算法。通过计算机仿真证明, 该算法不仅有 效防止了 缓存数 据上溢, 而 且保证了 发送效 率, 避免了 缓存数 据欠载, 从
而实现了高质量的流媒体服务。
Keywords: RT CP feedback; netw or k buffer ov erflow ; client buffer underf low ; r ate contro l
0引 言
第三代移动通信无线传输技术, 在户外环境中能够 提 供 384 Kb/ s 的 传 输 带 宽, 在 室 内 最 高 可 达 2 M b/ s[ 1] , 因此 3G 系统能够承载高质量的移动流媒体 业务。随着移动用户对影音点播业务的需求增加和运 营商对 3G 网络的大规模推广, 流式多媒体服务逐步发 展成为最重要的移动增值业务[ 2] 。但是无线链路的时 变特性和移动终端的功能限制, 使流媒体业务质量遭遇 了极大的挑战。研究表明, 缓存数据下溢通常会引起画 面定格、用户播放中断和经常性的数据缓冲, 而上溢则 会抛弃接收到超出缓存容量限制的数据包, 从而引起丢 包率的增加, 破坏媒体画面质量, 严重影响到用户对业 务感知质量的满意度[ 3] 。
N cur r + S i ∀ N threhold ( 6)
S i ∀ Cthrehold 式中: N , threhold Cthr ehold 为安全阈值, 这个阈值可以保证在 新的 RT CP 反馈到来前, 不会因为不能及时判断 发送 条件而造成缓存数据溢出。
由式( 1) 和式( 4) 还可以看出, N curr 估值略有偏高而 Cfree 估值略为偏低。这样做是为了可以更有效地防止经 常性的网络缓存数据上溢和移动终端数据下溢的发生。
播放延时( Play out Delay, PD) , 它是下 一个应用 数据单元的预定播放时间和生成 NADU 包的时间差。
下一个包序号( Nex t Sequence Number, NSN ) , 它 是缓存中下一个即将被解码的数据包序号。
可利用的缓存空间( Free Buf f er Space, F BS) , 它反 映了当前缓存可用空间的大小。
通信与信息技术 发送效率, 较为合理地利用了终端缓存空间, 保证了在 媒体应用过程中不发生数据下溢, 避免了链路中断对播 放流畅性的影响。
图 6 有速率控制的网络缓存数据量
图 3 无速率 控制的网络缓存数据量
21
无线通信
荣 慰等: 一种基于 RT CP 反馈的 3G 流媒体速率控制算法
3GPP PSS 规范中还定义了 NADU ( Next Applicat ion Dat a Unit, 下一个应用数据单元) 反馈包, 用以描述终 端能力, 并提供客户端缓存状态 的信息[ 7] 。N A D U 中 3 个主要部分分别为:
1 RTCP 反馈机制 3GPP PSS 规范提供了一个完整的基于移动 网络
的点对点流媒体结构框架[ 4] , 如图 1 所示。
图 1 基于移动网络的点对点流媒体结构框架
服务器实现流媒体内容封包, 并经由公共网 Int er net 和移动核心网组成的全 IP 网络发送给用户终端。 在核心网中, 网络缓存一般 存在于 SGSN 或 RNC 中, 其作用是应对无线链路的吞吐量变化。在媒体会话期 间, RT P 提供了端到端的实时传输功能, 但不保证服务 质量, 而 RT CP 提供关于当前网络状况和数据接 收质 量的反馈。服务器根据这些信息可以实现针对网络状 态变化的数据传输控制[ 5] 。在这种反馈机制中, 客户端 产生 RT CP RR( RT CP Receiver Report , RT CP 接收方 报告) , 服务器产 生 RT CP SR( RT CP Sender Report , RT CP 发送方报告) 。它们分别提供了丢包率、间隔抖 动、最 大 接 收 包 序 号 和最 大 发 送 包 序 号 等 信 息[ 6] 。
Cfree =
( 4)
F BS - N curr ,
T NSN + toff > t
利用式( 1) 和式( 4) , 服务器在发送下一个数 据包 i= H T SN+ 1 前, 应做如下判断:
N cur r + Si ∀ N max ( 5)
S i ∀ Cfree
当上述两式同时成立时, 表明网络缓存和客户端缓 存尚有余量接收新的数据包, 服务器继续发送新的数据 包是安全的。否则, 服务器暂停发送直至上式中条件成 立。进一步考虑发送速率控制的有效性, 对式( 5) 做如 下修正:
RO N G Wei, K A NG Gui hua, L I H ui
( Institute of Com put er & Informat ion Engineering, H ohai U niversity , C hang zho u 213022, C hina)
Abstract: T he buffer data under r un seriously affected the quality of multimedia images and media playback smoo th, and reduced t he user perceived streaming media business satisfactio n in the 3G str eaming media ser vices. T o so lv e this pro blem, the R T CP feedback based 3G streaming media r ate contr ol algo rithm acco rding to 3G PP feedback mechanism is intr oduced. T he simulatio n pr oves that the a lg or ithm no t only effectively prevented the buffer over flo w, and ensured the eff iciency of transmission to av oid buffer underflo w, in or der to achieve the hig h quality streaming media serv ices.
toff = tRR + t PD - T N SN
( 2)
这个时间偏移是 RT CP 反馈 中 NADU 包从 生成 到被接收的时间, 同时也考虑到了发生播放暂停或数据 缓冲的情况。服务器在收到反馈包后 t 时刻( t > t RR ) 可 测知当前客户端缓存的空余量为:
F BS + S NSN , T NSN + toff < t
现代电子技术 2010 年第 21 期总第 332 期
通信与信息技术
一种基于 RTCP 反馈的 3G 流媒体速率控制算法
荣 慰, 康桂华, 李 慧
( 河海大学 计算机与信息学院, 江苏 常州 213022)
摘 要: 在 3G 流媒体业务中, 缓存数据溢出严重地影响了多 媒体画面 质量和 媒体播放 的流畅 性, 降低了用 户对流 媒体
如果流媒体服务器能根据当前缓存数据的使用状 况及时调整流媒体的发送速率就可以实现对缓存数据 的存贮控制, 从而避免缓存数据溢出。本文阐述了一种 基于 RT CP 反馈信息的流媒体 速率控制算法, 它可以 有效地实现上述目的, 实现流媒体业务的无中断流畅播 放, 提高用户的感知质量。
收稿日期: 2010 05 20
22ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H T SN
H RSN
! ! N curr =
Si-
Sj