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发布时间：2022-07-12 19:15:23
时间：2017-07-30 09:32:04来源：网络收集Tags: ()
小玮
盐城工业职业技术学院江苏盐城224005
摘要：近年来，视频流越来越多地用于多种交互服务，实时视频中大部分都是视频流，因而对于视频流传输的研究显得越来越重要，本次研究重点是使用TCP 来传输视频流。目前存在众多的重传协议，其中TCP 流的传输具有可靠性的特点，本文重点研究TCP 视频流以及视频流中多种拥塞控制算法。
关键词：TCP；视频流；拥塞控制
1 概述
图一描述了TCP 视频流的结构，视频服务器将视频分成多种流，视频流通过TCP 传输至多个客户端，假设网络中有N 个客户端连接，并且每个客户端具有不同的带宽限制，目前研究的发展趋势是使得视频流传输更加高效，并且具有最小的丢包和延迟特点。
2 无线网络中视频流传输的TCP 和UDP 协议的特点
2.1 基于UDP 无线网络视频流传输的劣势淤UDP 是一种不可靠并且无拥塞控制机制的算法。使用UDP 来传输视频流会产生网络丢包，这是由于UDP 的不可靠的服务以及UDP 需要纠错和重传机制来避免丢包。上述机制存在一定的劣势，因为实现高效的重传机制是很困难的，并且UDP 减小了客户端的系统开销。早期的纠错机制减小了服务器侧译码部分的延时，并且错误隐藏机制不适用于无线网络信道中突发错误。于无线网络中变化带宽会导致很高的丢包率。盂由于无线网络错误，UDP 会发生数据丢包，这样对导致视频传输的质量。榆有些协议例如RTP 是使用的UDP，但是多数应用会选择使用TCP 来传输，因为UDP 协议的防火墙容易被入侵使得传输安全性得不到保障。
2.2 基于TCP 的视频流传输的优势淤TCP 是一种可靠的拥塞控制协议，并不要求错误恢复和错误隐藏机制。于TCP 提供可选择的框架传输并且在帧传输方面具有较好的灵活性。盂在RTCP 和RTP 协议中会存在帧开销，而TCP 就可以避免这样情况发生。榆TCP本身是具有友好性和自适应带宽的特点，即使发生网络拥塞，TCP也能够合理地利用带宽。虞由于TCP 能够利用HTTP 穿过防火墙，所以TCP 可以在实际中应用。
3 无线网络环境中改进的TCP
大卫罗宾逊[2]提出了HTTP 自适应的视频流传输机制，为了让TCP 更加地健全，需要注意以下几点：淤客户端缓冲器：客户端缓冲区的大小选型原则必须是当流媒体传输时不会存在时延。于ECN 机制：ECN 信号通常是用来判断丢包是由错误还是拥塞引起的。盂SACK 算法：如果发生丢包，那么丢失的包会单独地被重传。
4 网络中的拥塞控制算法
要使得TCP 具有很好的公平性以及友好性，那么拥塞控制方法必须满足以下几个条件：淤保持系统的稳定性；于需要高效的带宽利用率；盂提供高质量的播放性能。
5 TCP 友好拥塞控制协议的分类
5.1 基于AIMD 拥塞控制机制根据Qian Wang 等人的研究，AIMD 拥塞控制算法定义如公式（1）所示：
其中，E 表示在单个RTT 时间内接受到ACK 确认包引起的窗口速率增加算法，F 表示拥塞后窗口减小算法，Wt 表示t 时刻窗口的大小，s 表示一个RTT，A 表示加性增加因子，B 表示乘性减小因子。
TCP AIMD 算法的缺点是：淤发送速率上产生抖动；于发送速率的平均值不高。
5.2 基于速率的方法Reza Rejaie[3]等人研究了一种用于实时流数据的速率自适应算法。和窗口机制相比基于速率的方法并不需要依赖于确认包，此时包的发送依赖于发送速率定时器，例如自适应速率控制协议RAP 和LDA，其中RAP 是用于实时系统中的单播播放。
优点：淤发送速率的自适应性有效减小速率的抖动，于减小实际应用中的流量大小。
5.3 基于模型的方法J援Padhye 等人提出一种模型机制来解决上述的缺点，此机制的响应函数在式(2)中给出。
其中，TR 是最大的发送速率，Q 是包的大小，S 是1 个RTT，tn是间歇时间值。
5.4 基于方程的机制基于方程的机制是用于单播流量控制，传输速率取决于丢包速率和RTT 值，因而需要设置合理的参数来实现最优传输速率。因而在此机制中，客户端必须要发送反馈，TFRC 传输控制机制就是典型的代表。优点是当存在连续性的丢包事件时，发送速率将会降为原来的一半。
6 总结
本文讨论了TCP 视频流传输以及网络中的拥塞控制算法。尽管TCP 在流媒体传输中存在一些缺陷，但是缓冲区管理机制以及拥塞控制机制能够改善流媒体传输的质量。之前的学者往往把研究重心放在窗口大小值和重传机制上，但是我们接下来要着重于改善基于TCP 流媒体传输的服务质量。
参考文献：
[1]Chi-Fai Wong Wai-Lam Fung Chi-Fai Jack Tang S.-H. GaryChan， "TCP Streaming for Low-Delay Wireless Video， Proceedingsof the 2nd Int´l Conf. on Quality of Service in HeterogeneousWired/Wireless Networks)，IEEE 2005.
[2]Danny De Vleeschauwer and David Robinson，”TCP:From data tostreaming video”， March 22 -2011. http://www2.alcatel -lucent.com/techzine/tcp-from-data-to-streaming-video/.
[3]Reza Rejaie， Mark Handley， Deborah Estrin"RAP: An End-to-endRate-based Congestion Control Mechanism for Real time Streams inthe Internet”IEEE.1999.