基于IPv6 的高清視頻系統(tǒng)實現(xiàn)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(shù)據(jù)包的序列號和時間戳；同時統(tǒng)計單位時間內(nèi)發(fā)送的包數(shù)，實時計算發(fā)包速率。
(2) 網(wǎng)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(shù)量的ICMP 報文然后統(tǒng)計應答報文來實現(xiàn)，可以得到網(wǎng)絡層丟包率等參數(shù)。
(3) 接收組幀引擎監(jiān)測:監(jiān)測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(shù)。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(chǎn)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(wǎng)上的應用
在國內(nèi)IPv6 網(wǎng)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(nèi)IPv6 試驗網(wǎng)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(wǎng)絡線路為帶寬100 Mbp s 的共享線路；在網(wǎng)絡負載較輕時，圖像基本流暢。 當網(wǎng)絡上其他應用較多時，會出現(xiàn)丟包和抖動。
在國際IPv6 網(wǎng)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(lián)的IPv6 網(wǎng)絡進行了HDV 的對傳試驗，兩端點間的網(wǎng)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(wǎng)絡跨越了中韓兩國，國際互聯(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)絡條件比較復雜，試驗過程中出現(xiàn)了馬賽克和抖動現(xiàn)象。 當網(wǎng)絡擁塞導致丟包率大過一定閾值時，圖像會出現(xiàn)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(wǎng)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(zhì)量感受，如是否流暢、是否出現(xiàn)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(zhì)量和丟包率進行了比較。 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(zhì)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(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(偏離平均水平的程度) 。
為定量分析HDV 系統(tǒng)性能對網(wǎng)絡背景流量的依賴性和敏感性，本文設計了一個網(wǎng)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(wǎng)絡載荷增加各時刻的丟包率。 根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡背景流量的關系。
從圖3 可以看出，網(wǎng)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(diào)關系，符合一般的規(guī)律。
由圖4 (a) 可以看出，隨著人為網(wǎng)絡背景流量的增加，系統(tǒng)丟包率方差并不是單調(diào)增加的。 在背景流量超過35 Mbps (此時網(wǎng)絡載荷接近飽和) 以后，系統(tǒng)的丟包率方差曲線呈現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)類似，見圖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網(wǎng)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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