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)務中，緩存數(shù)據(jù)溢出嚴重地影響了多媒體畫面質量和媒體播放的流暢性，降低了用戶對流媒體業(yè)務感知的滿意度。為了解決這個問題，根據(jù)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。通過計算機仿真證明，該算法不僅有效防止了緩存數(shù)據(jù)上溢，而且保證了發(fā)送效率，避免了緩存數(shù)據(jù)欠載，從而實現(xiàn)了高質量的流媒體服務。
關鍵詞：RTCP反饋；網(wǎng)絡緩存上溢；客戶緩存下溢；速率控制

0 引言
第三代移動無線通信傳輸技術，在戶外環(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(tǒng)能夠承載高質量的移動流媒體業(yè)務。隨著移動用戶對影音點播業(yè)務的需求增加和運營商對3G網(wǎng)絡的大規(guī)模推廣，流式多媒體服務逐步發(fā)展成為最重要的移動增值業(yè)務。但是無線鏈路的時變特性和移動終端的功能限制，使流媒體業(yè)務質量遭遇了極大的挑戰(zhàn)。研究表明，緩存數(shù)據(jù)下溢通常會引起畫面定格、用戶播放中斷和經(jīng)常性的數(shù)據(jù)緩沖，而上溢則會拋棄接收到超出緩存容量限制的數(shù)據(jù)包，從而引起丟包率的增加，破壞媒體畫面質量，嚴重影響到用戶對業(yè)務感知質量的滿意度。
如果流媒體服務器能根據(jù)當前緩存數(shù)據(jù)的使用狀況及時調整流媒體的發(fā)送速率就可以實現(xiàn)對緩存數(shù)據(jù)的存貯控制，從而避免緩存數(shù)據(jù)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，它可以有效地實現(xiàn)上述目的，實現(xiàn)流媒體業(yè)務的無中斷流暢播放，提高用戶的感知質量。

1. RTCP反饋機制
3GPP PSS規(guī)范提供了一個完整的基于移動網(wǎng)絡的點對點流媒體結構框架，如圖1所示。


服務器實現(xiàn)流媒體內容封包，并經(jīng)由公共網(wǎng)Internet和移動核心網(wǎng)組成的全IP網(wǎng)絡發(fā)送給用戶終端。在核心網(wǎng)中，網(wǎng)絡緩存一般存在于SGSN或RNC 中，其作用是應對無線鏈路的吞吐量變化。在媒體會話期間，RTP提供了端到端的實時傳輸功能，但不保證服務質量，而RTCP提供關于當前網(wǎng)絡狀況和數(shù)據(jù)接收質量的反饋。服務器根據(jù)這些信息可以實現(xiàn)針對網(wǎng)絡狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)傳輸控制。在這種反饋機制中，客戶端產(chǎn)生RTCP RR(RTCP Receiver Report，RTCP接收方報告)，服務器產(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、最大接收包序號和最大發(fā)送包序號等信息。3GPP PSS規(guī)范中還定義了NADU(Next Application Data Unit，下一個應用數(shù)據(jù)單元)反饋包，用以描述終端能力，并提供客戶端緩存狀態(tài)的信息。NADU中3個主要部分分別為：
播放延時(Play-out Delay，PD)，它是下一個應用數(shù)據(jù)單元的預定播放時間和生成NADU包的時間差。
下一個包序號(Next Sequence Numher，NSN)，它是緩存中下一個即將被解碼的數(shù)據(jù)包序號。
可利用的緩存空間(Free Buffer Space，F(xiàn)BS)，它反映了當前緩存可用空間的大小。
基于RTCP的反饋過程，如圖2所示。當服務器與客戶端完成會話建立之后，服務器便啟動流媒體傳輸過程，RTP協(xié)議負責實現(xiàn)媒體數(shù)據(jù)從服務器到客戶端的傳輸?？蛻舳藢⒔y(tǒng)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(shù)域，構成RTCP混合包。RTCP混合包周期性地發(fā)送給服務器，用以估計網(wǎng)絡狀態(tài)以及客戶端緩存空間的占用狀態(tài)。服務器還可以利用發(fā)送包序列號的統(tǒng)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(shù)據(jù)包的發(fā)送速率，實現(xiàn)發(fā)送速率控制。