一種基于RTCP反饋的3G流媒體速率控制算法

摘要：在3G流媒體業(yè)務(wù)中，緩存數據溢出嚴重地影響了多媒體畫(huà)面質(zhì)量和媒體播放的流暢性，降低了用戶(hù)對流媒體業(yè)務(wù)感知的滿(mǎn)意度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，根據3GPP PSS提出的反饋機制，闡述了一種基于RTCP反饋信息的3G流媒體速率控制算法。通過(guò)計算機仿真證明，該算法不僅有效防止了緩存數據上溢，而且保證了發(fā)送效率，避免了緩存數據欠載，從而實(shí)現了高質(zhì)量的流媒體服務(wù)。
關(guān)鍵詞：RTCP反饋；網(wǎng)絡(luò )緩存上溢；客戶(hù)緩存下溢；速率控制

0 引言
第三代移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信傳輸技術(shù)，在戶(hù)外環(huán)境中能夠提供384Kb／s的傳輸帶寬，在室內最高可達2Mb／s，因此3G系統能夠承載高質(zhì)量的移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)。隨著(zhù)移動(dòng)用戶(hù)對影音點(diǎn)播業(yè)務(wù)的需求增加和運營(yíng)商對3G網(wǎng)絡(luò )的大規模推廣，流式多媒體服務(wù)逐步發(fā)展成為最重要的移動(dòng)增值業(yè)務(wù)。但是無(wú)線(xiàn)鏈路的時(shí)變特性和移動(dòng)終端的功能限制，使流媒體業(yè)務(wù)質(zhì)量遭遇了極大的挑戰。研究表明，緩存數據下溢通常會(huì )引起畫(huà)面定格、用戶(hù)播放中斷和經(jīng)常性的數據緩沖，而上溢則會(huì )拋棄接收到超出緩存容量限制的數據包，從而引起丟包率的增加，破壞媒體畫(huà)面質(zhì)量，嚴重影響到用戶(hù)對業(yè)務(wù)感知質(zhì)量的滿(mǎn)意度。
如果流媒體服務(wù)器能根據當前緩存數據的使用狀況及時(shí)調整流媒體的發(fā)送速率就可以實(shí)現對緩存數據的存貯控制，從而避免緩存數據溢出。本文闡述了一種基于RTCP反饋信息的流媒體速率控制算法，它可以有效地實(shí)現上述目的，實(shí)現流媒體業(yè)務(wù)的無(wú)中斷流暢播放，提高用戶(hù)的感知質(zhì)量。

1. RTCP反饋機制
3GPP PSS規范提供了一個(gè)完整的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的點(diǎn)對點(diǎn)流媒體結構框架，如圖1所示。


服務(wù)器實(shí)現流媒體內容封包，并經(jīng)由公共網(wǎng)Internet和移動(dòng)核心網(wǎng)組成的全IP網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給用戶(hù)終端。在核心網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò )緩存一般存在于SGSN或RNC 中，其作用是應對無(wú)線(xiàn)鏈路的吞吐量變化。在媒體會(huì )話(huà)期間，RTP提供了端到端的實(shí)時(shí)傳輸功能，但不保證服務(wù)質(zhì)量，而RTCP提供關(guān)于當前網(wǎng)絡(luò )狀況和數據接收質(zhì)量的反饋。服務(wù)器根據這些信息可以實(shí)現針對網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)變化的數據傳輸控制。在這種反饋機制中，客戶(hù)端產(chǎn)生RTCP RR(RTCP Receiver Report，RTCP接收方報告)，服務(wù)器產(chǎn)生RTCP SR(RTCP Sender Report，RTCP發(fā)送方報告)。它們分別提供了丟包率、間隔抖動(dòng)、最大接收包序號和最大發(fā)送包序號等信息。3GPP PSS規范中還定義了NADU(Next Application Data Unit，下一個(gè)應用數據單元)反饋包，用以描述終端能力，并提供客戶(hù)端緩存狀態(tài)的信息。NADU中3個(gè)主要部分分別為：
播放延時(shí)(Play-out Delay，PD)，它是下一個(gè)應用數據單元的預定播放時(shí)間和生成NADU包的時(shí)間差。
下一個(gè)包序號(Next Sequence Numher，NSN)，它是緩存中下一個(gè)即將被解碼的數據包序號。
可利用的緩存空間(Free Buffer Space，FBS)，它反映了當前緩存可用空間的大小。
基于RTCP的反饋過(guò)程，如圖2所示。當服務(wù)器與客戶(hù)端完成會(huì )話(huà)建立之后，服務(wù)器便啟動(dòng)流媒體傳輸過(guò)程，RTP協(xié)議負責實(shí)現媒體數據從服務(wù)器到客戶(hù)端的傳輸?？蛻?hù)端將統計的丟包率、最大接收包序號(HRSN)、播放延遲、可用的緩存空間和即將送入解碼器的包序號(NSN)分別放入RTCP SR和NADU中對應的參數域，構成RTCP混合包。RTCP混合包周期性地發(fā)送給服務(wù)器，用以估計網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)以及客戶(hù)端緩存空間的占用狀態(tài)。服務(wù)器還可以利用發(fā)送包序列號的統計值與RTCP RR中的HRSN對SGSN或RNC上的緩存狀態(tài)做出判斷，調整數據包的發(fā)送速率，實(shí)現發(fā)送速率控制。