基于NS-2的無線網(wǎng)絡(luò)視頻QoS平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

2 網(wǎng)絡(luò)視頻的QoS研究
Jirka Klaue給出統(tǒng)一評(píng)價(jià)視頻傳輸質(zhì)量的框架和工具集一EvalVid。EvalVid具有模塊化結(jié)構(gòu)，可在所用的的視頻編碼策略下，通過trace文件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的交互作用，很容易在任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用。EvalVid評(píng)估框架如圖1所示。

(1)信源視頻信源可能是QCIF(176×144)或CIF(352×288)格式的YUV視頻信息。
(2)視頻編碼器和解碼器用來對YUV視頻進(jìn)行編解碼以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，編碼策略可采用MPEG，H．261等。
(3)視頻發(fā)送器 VS從編碼的視頻文件中產(chǎn)生trace文件，即視頻trace文件和發(fā)送trace文件。VS讀取視頻編碼器輸出的視頻壓縮文件，將大視頻幀分成較小的分段以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中經(jīng)UDP分組傳輸。發(fā)送trace文件記錄每個(gè)傳輸?shù)腢DP分組時(shí)間戳，分組id和分組負(fù)載大小。視頻trace文件記錄視頻文件中每個(gè)幀的信息。視頻trace文件和發(fā)送trace文件在隨后的視頻質(zhì)量評(píng)估中使用。
(4)評(píng)價(jià)trace利用原始編碼視頻文件、視頻trace文件、發(fā)送trace文件和接收trace文件中記錄的分組時(shí)間戳、分組id和分組載荷大小等信息，ET產(chǎn)生一個(gè)幀／分組丟失、幀／分組延時(shí)抖動(dòng)報(bào)告和一個(gè)重建的視頻文件。
(5)重建視頻數(shù)字視頻質(zhì)量的評(píng)價(jià)通過逐幀比較實(shí)現(xiàn)。如果選用的編解碼器不能處理丟失的幀，則通過插入最近成功解碼的幀代替每一個(gè)丟失的幀的錯(cuò)誤隱藏技術(shù)處理。
(6)主觀和客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)(PSNR、MOS)主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)直接反映人眼的感覺，是相對較為準(zhǔn)確的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。常用的指標(biāo)是基于5級(jí)質(zhì)量制或5級(jí)損傷制的平均意見分(MOS分)。視頻圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)通過某些數(shù)學(xué)準(zhǔn)則衡量，常用峰一峰信噪比(PSNR)。其定義如下：

式中，M和N是視頻幀的寬度和高度的維數(shù)；x(i,j)和x'(i,j)是原始像素和重構(gòu)像素在(i，j)點(diǎn)的亮度或色度值。
Chih-Heng Ke等將EvalVid和NS-2結(jié)合，給出視頻流質(zhì)量評(píng)估的新工具集。NS-2和EvalVid的結(jié)合通過3個(gè)連接模擬代理實(shí)現(xiàn)，即MyTrafficTrace，MyUDP和MyUDPSink。設(shè)計(jì)這些接口既要讀取視頻trace文件，又要產(chǎn)生視頻傳輸質(zhì)量評(píng)估用的數(shù)據(jù)。
MyTrafficTrace代理從VS的輸出文件中提取視頻trace文件的幀類型和幀大小。此外該代理將視頻幀分割成小的分段，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)送這些分段至低層UDP，發(fā)送時(shí)間由用戶在模擬描述文件中設(shè)定。
MyUDP是UDP代理的延伸。此新代理允許用戶指定發(fā)送trace的輸出文件名。它記錄每個(gè)傳輸分組的時(shí)間戳，分組id和分組大小。
MyUDP代理的任務(wù)對應(yīng)于在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的cp-dump或win-dump工具的任務(wù)。MyUDPSink是接收代理，接收MyUDP發(fā)送的視頻幀分組，此代理也在用戶指定的文件中記錄每個(gè)接收分組的時(shí)間戳、分組id和負(fù)載大小。在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展，提出一種適合無線視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

3 基于NS-2的無線網(wǎng)絡(luò)視頻QoS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)
3．1 NS-2中的無線模塊
NS中的無線模塊最初由CMU的Monarch 工作組引入到NS。由CMU／Monarch引入的無線模塊可進(jìn)行純無線網(wǎng)絡(luò)仿真，擴(kuò)展后的無線模塊還支持無線和有線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合仿真以及移動(dòng)IP。還有一些其他無線模塊可在NS-2中使用，包括Blueware，Blue2Hoc，Mobiwan，GPRS，CIMS等。無線模塊以MobileNode為基本核心，并通過一些附加特性以支持多跳Adhoc網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)仿真。MobileNode由基本Node增加無線和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所需功能，可在OTCL中設(shè)定其各種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件，如鏈路層(LL)、連接到LL上的ARP模塊、接口隊(duì)列(ifql、ifqlen)MAC層和網(wǎng)絡(luò)接口等。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)接口連接到無線信道上。目前MobileNode支持的ad-hoc路由協(xié)議包括DSVD、DSR、TORA和AODV。
3．2 無線網(wǎng)絡(luò)視頻仿真的過程
由于在視頻傳輸?shù)姆抡嬷?，需在網(wǎng)絡(luò)中傳輸真實(shí)的視頻碼流，兇此必須擴(kuò)展并修改NS-2，添加視頻傳輸仿真過程所需的網(wǎng)絡(luò)元素，包括代理，即MyTrafficTrace、MyUDP和MyUDPSink。如果研究者要驗(yàn)證其提出的傳輸策略，則需使用C++和OTcl對網(wǎng)絡(luò)元素編程，將其提出的策略加到網(wǎng)絡(luò)元素中，然后重新編譯NS。在完成對NS-2的擴(kuò)展后，就可利用NS進(jìn)行仿真。過程如下：
(1)利用選定的視頻編碼器對原始視頻編碼，并從中提取視頻分組的相關(guān)信息，編寫程序產(chǎn)生傳輸用的trace文件。trace文件的格式為分組序號(hào)，時(shí)間戳，分組大小>。