Page 34 - 网络电信2019年5月刊下
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解   决  方  案

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                如式（3） ，当平均吞吐量大于平均视频码率时，终端能                       增强层。基准层提供了解码后的基本视频质量，而增强层提供
            及时播放视频流，这种情况下缓冲利用率定义为零。当平均吞                          了更高清晰度的增强视频质量。在本文中如果视频编码有n个层
            吐量小于视频平均码率的时候，终端播放视频可能出现卡顿或                          的分级，定义i代表不同的视频层的编号，则i=1是基准层，i>1
            延迟，缓冲利用率的数值随之增加。通过式（3）的缓冲利用率                         是各个增强层。
            可以度量在视频传输过程中无线网络环境对视频质量的影响。                              视频流的基准层和增强层分级是在网络中的视频编码服务
                                                                 器上完成并通过有线网络传输到室内的Wi-Fi网关或AP。在跨层
                                                              （3）  架构中（见图1），AP的应用层支持的功能包括QoE度量值的收
                                                                 集和计算、动态缓冲区大小管理以及视频分层控制。
                参考式（4）    ［25］ ，当平均无线吞吐量大于平均视频码率的                    应用层首先在初始化阶段设置缺省缓冲区的大小，系统中
            时候，终端可以持续播放视频。当平均吞吐量小于平均视频码                          可支持的最小和最大的缓冲区长度，然后根据底层收集的性能
            率的时候，缓冲区不能连续提供视频播放的数据流，使终端在                          数据来计算实时的缓冲利用率和可持续播放的时间参考值。基
            播放过程中可能出现卡顿或延迟。式（4）中的BuffTime指的是                     于这样的QoE度量数据，应用层调整缓冲区的长度和等待队列的
            初始化时缺省设置的缓冲区能播放视频的持续时间。                              数量来接收外部网络中服务器传输过来的分层视频流。如果无
                                                                 线网络环境干扰严重，视频传输的吞吐量大幅度下降，缓冲利
                                                                 用率变大，可持续播放时间缩短，则应用层就只转发基准层或
                                                              （4）  减少增强层的数量，让系统能自适应降低无线吞吐量，确保传
                                                                 输有效的视频流给终端。如果无线网络环境较好，则系统根据
                图2是式（3）和式（4）的图例，随着横坐标时间的增加，                      度量值来增加增强层的数量的转发，提高无线吞吐量，让终端
            缓冲利用率变大（左图），播放时间缩短（右图），说明了无                          播放较高质量的视频。
            线吞吐量低于视频码率，并且差距随时间在变大，这样视频播                              3、基于QoE的跨层视频传输的MAC层
            放的质量就会随之下降，相应的视频画面会出现卡顿或者延迟                              跨层结构中的MAC层首先要支持多个视频优先级队列，即把
            的现象。                                                 应用层转发过来的视频基准层和增强层放在不同优先级的队列
             图2 视频质量的度量参数                                        中进行转发。然后MAC层根据无线网络中的终端数量，判断是通
                                                                 过组播还是单播来传输视频。如果是组播，则MAC层负责提高组
                                                                 播方式下的视频传输的可靠性和纠错机制。此外MAC层还要负责
                                                                 把物理层收集到的QoE度量的数据转发给应用层。
                                                                     多个视频优先级队列的机制可以基于IEEE802.11aa标准
                                                                 中的定义来实现。在IEEE802.11e的4种访问类型的基础上，
                                                                 IEEE802.11aa对于语音和视频的队列进行拓展来进一步区分优
                                                                 先级  ［10］ 。视频的发送队列分为基本队列和备选队列，可以根
                                                                 据优先级调度不同的视频流。
                                                                     采用组播来传输视频，它的传输速率是在AP关联下的多个
                                                                 终端传输的最低能支持的速率。基准层和增强层在传统视频的
                通过式（3）和（4），系统可以在业务运行的时候实时测
                                                                 传输过程中具有相同优先级的丢包和时延抖动，用户终端的解
            量和观察视频质量，物理层和MAC层把收集到的数据反馈到应用
                                                                 码软件既不能有效保证基准层的播放质量，又不能区分增强层
            层进行缓冲调整和视频分层，这是客观QoE的处理方式。另外
                                                                 的视频体现效果。在基于802.11aa拓展的视频队列（基本队列
            常用的手段是通过外部测量客观评估网络中的视频质量，例如
                                                                 和备选队列）中，MAC层的解决方案是在AP侧把基准层和增强层
            PSNR、VQM等。
                                                                 放在视频传输的不同优先级队列中，基准层的视频流有较高的
                QoS是普遍应用的数据报文传输质量的评估，也有研究人员
            通过实验来分析QoS和QoE之间的关联。参考文献               ［6］ 是从QoS的    优先级，增强层有较低的优先级。在MAC层建立转发视频流的规
                                                                 则，确保终端首先播放基本质量的视频；如果当前无线网络的
            角度出发研究网络中视频流的QoE，文章首先分析了单个QoS参
                                                                 吞吐量较高，终端能够接收并选择播放视频的增强层。在不改
            数对视频流QoE的影响，得出视频流QoE与丢包、抖动相关而与
                                                                 变终端硬件和软件的情况下，让AP能够提高异构终端的视频播
            延迟无关的实验结论，然后在此基础上进一步对不同编码的视
                                                                 放的用户体验。
            频流的用户体验进行了实验建模，利用回归方程提供一种QoS参
                                                                     4、基于QoE的跨层视频传输的物理层
            数和用户体验之间的映射关系。
                                                                     MAC层把不同优先级的视频数据流转发给物理层，高优先
                2、基于QoE的跨层视频传输中的应用层
                上 述 跨 层 架 构 的 实 现 是 跟 H . 2 6 4 / M P E G - 4 视 频 分 级  级的视频流对应的是基准层，低优先级的视频流对应的是增强
                                                                 层。物理层完成相应的MCS的适配，给高优先级的基准层分配较
            （Scalable  Video  Coding）的特点紧密相关的。JVT
                                                                 低的MCS，这样确保每个终端都能收到相应的基本质量的视频
            （JointVideoTeam）组织在2007年通过了基于H.264/MPEG-4AVC
            架构的可分级编码标准         ［22］ 。视频被编码成基准层和1个或多个             流；给低优先级的视频的增强层分配较高的MCS，在较好的无线
                                                                 网络环境情况下，处理能力较高的终端能播放更高分辨率质量
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