基于IPv6 的高清視頻系統(tǒng)實現與性能分析
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(1) 發(fā)送引擎監(jiān)測:在發(fā)送端記錄發(fā)送數據包的序列號和時間戳；同時統(tǒng)計單位時間內發(fā)送的包數，實時計算發(fā)包速率。
(2) 網絡傳輸測量:測量系統(tǒng)發(fā)送端與接收端之間鏈路的擁塞狀況。 此功能是通過定時發(fā)送一定數量的ICMP 報文然后統(tǒng)計應答報文來實現，可以得到網絡層丟包率等參數。
(3) 接收組幀引擎監(jiān)測:監(jiān)測接收組幀引擎接收數據包與解包( depacketize) 的情況，解包后可以得到各包的序列號和時間戳；在多種時間粒度下作統(tǒng)計，可以得到應用層丟包率等參數。需要指出，在統(tǒng)計丟包率時要首先定義統(tǒng)計的時間粒度。 時間粒度的選取不僅要注意應盡可能精確以利于編程計算丟包率，同時要注意，由于相同Sample 的43 個包被認為是邏輯上同時產生的，它們的時間戳是相同的，分開統(tǒng)計既不符合邏輯規(guī)律也不符合實際的物理組幀規(guī)律。 考慮到這一點，統(tǒng)計丟包的時間單位的劃分時刻必須選在Sample 的邊界上。
高清視頻系統(tǒng)在IPv6 網上的應用
在國內IPv6 網上的應用
2004 年3 月19 日，基于IPv6 的HDV 視頻系統(tǒng)首次在國內IPv6 試驗網CERNET2 上試用，視頻源采用JVC-HDR 攝像頭(720p) ，視頻發(fā)送地點為清華大學，視頻接收點為北京國際會議中心的演示大廳。 網絡線路為帶寬100 Mbp s 的共享線路；在網絡負載較輕時，圖像基本流暢。 當網絡上其他應用較多時，會出現丟包和抖動。
在國際IPv6 網上的應用
2005 年3 月，清華大學和韓國KAIST 大學之間通過國際互聯的IPv6 網絡進行了HDV 的對傳試驗，兩端點間的網絡連接配置如圖2 所示。
雙方發(fā)送和接收端地址如表1 所示。 該試驗中，網絡跨越了中韓兩國，國際互聯帶寬為155 Mbps ，途經的路由器均支持IPv4/ Ipv6 雙棧協(xié)議。 由于中間網絡條件比較復雜，試驗過程中出現了馬賽克和抖動現象。 當網絡擁塞導致丟包率大過一定閾值時，圖像會出現短時間停滯。
表1 中韓HDV 系統(tǒng)IPv6 測試收發(fā)端地址
高清視頻系統(tǒng)對網絡背景流量的依賴性和敏感性
HDV 系統(tǒng)的性能可通過觀察接收端的視頻質量感受，如是否流暢、是否出現抖動或馬賽克等。 利用測量子系統(tǒng)，對HDV 系統(tǒng)在接收端的視頻質量和丟包率進行了比較。 結果表明，接收端看到的視頻質量(主觀) 與系統(tǒng)的丟包率(即客觀測量得到的應用層丟包率) 有著一一對應關系，即系統(tǒng)的丟包率越大，視頻質量的下降越明顯。 因此作者可以以系統(tǒng)的丟包率來反映接收端視頻質量的下降，以丟包率的平均值反映接收端視頻質量下降的平均水平，丟包率的方差和峰值反映接收端視頻質量的波動(偏離平均水平的程度) 。
為定量分析HDV 系統(tǒng)性能對網絡背景流量的依賴性和敏感性，本文設計了一個網絡背景流量逐級增加的試驗:用流量發(fā)生器逐級注入流量，同步記錄HDV 傳輸系統(tǒng)在網絡載荷增加各時刻的丟包率。 根據記錄的數據繪制網絡背景流量和丟包率關系圖。
圖3 表示系統(tǒng)平均丟包率與注入網絡背景流量的關系，圖4 表示系統(tǒng)丟包率方差(a) 和丟包率峰值(b) 與注入網絡背景流量的關系。
從圖3 可以看出，網絡背景流量增加時，系統(tǒng)的平均丟包率相應增加。 二者近似為線性單調關系，符合一般的規(guī)律。
由圖4 (a) 可以看出，隨著人為網絡背景流量的增加，系統(tǒng)丟包率方差并不是單調增加的。 在背景流量超過35 Mbps (此時網絡載荷接近飽和) 以后，系統(tǒng)的丟包率方差曲線呈現波動性狀。 即背景流量降低并不意味著丟包率方差的降低，此時丟包率方差反可能升高，體現出和平均丟包率不同的性態(tài)，主觀感覺就是視頻圖像偏離平均水平的變壞程度(停頓或花屏) 并不會因為背景流量的降低而降低，而是過了一定背景流量閾值后就有著較高的丟包率方差(丟包峰值表現類似，見圖4 ( b) ) 。 這種性態(tài)顯示了高清視頻傳輸的丟包率方差和丟包率峰值對網絡背景流量的改變不敏感，可從HDV 應用本身流量載荷較大的角度去理解。 同時可看出當注入的背景流量超過一定閾值后(圖中為35 Mbps) ，平均丟包率和丟包率方差會顯著增加。
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