基于QoE的跨層架構(gòu)的無(wú)線視頻傳輸技術(shù)

成 剛（上海諾基亞貝爾股份有限公司，上海200127）

1 視頻傳輸在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中面臨的問(wèn)題

Wi-Fi下的視頻傳輸質(zhì)量的提升近年來(lái)一直是技術(shù)研究和關(guān)注的重點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示2013年的視頻傳輸流量占終端用戶數(shù)據(jù)流量的60%，預(yù)計(jì)2018年視頻傳輸?shù)牧髁空冀K端用戶數(shù)據(jù)流量的75%［1］。室內(nèi)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中的視頻應(yīng)用已經(jīng)是Internet上數(shù)據(jù)傳輸最重要的流量來(lái)源。

視頻流從Wi-Fi的AP轉(zhuǎn)發(fā)到各個(gè)終端時(shí)，既可以是單播也可以是組播。在IEEE 802.11的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，終端每收到一個(gè)單播數(shù)據(jù)包就會(huì)返回一個(gè)確認(rèn)數(shù)據(jù)包。當(dāng)數(shù)據(jù)包丟失或被破壞時(shí)，AP能重新發(fā)送相同的數(shù)據(jù)報(bào)文。同一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，如果終端數(shù)量較少并且速率較低，用單播方式傳播視頻是有效的方式。但一旦終端數(shù)量增加并且有較高速率要求時(shí)，播放視頻占用的網(wǎng)絡(luò)總帶寬就會(huì)迅速增加，影響網(wǎng)絡(luò)中其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬需求。

通過(guò)組播方式來(lái)傳輸視頻可以有效節(jié)省帶寬。當(dāng)Wi-Fi AP在使用組播地址傳輸視頻流的時(shí)候，加入組播組的多個(gè)Wi-Fi終端能同時(shí)接收視頻的數(shù)據(jù)包。但是傳統(tǒng)的802.11的MAC層不支持組播數(shù)據(jù)包的確認(rèn)，即終端不會(huì)對(duì)每一個(gè)組播包發(fā)送響應(yīng)確認(rèn)消息，否則每個(gè)終端發(fā)送的響應(yīng)數(shù)據(jù)包將產(chǎn)生大量的額外開(kāi)銷(xiāo)，從而降低整體的數(shù)據(jù)傳輸性能。但缺少對(duì)組播數(shù)據(jù)包的確認(rèn)和重傳機(jī)制的MAC層傳輸是不可靠的。在Wi-Fi環(huán)境中，由于不穩(wěn)定的無(wú)線環(huán)境和信道干擾，視頻組播傳輸?shù)目煽啃员葐尾シ绞讲?，從而?dǎo)致視頻傳輸質(zhì)量的下降［3］。

另外802.11的組播傳輸方式也不支持單播方式具有的Wi-Fi速率自適應(yīng)和自我調(diào)整性能，即AP在組播傳輸?shù)那闆r下選擇的速率是該AP關(guān)聯(lián)下的所有申請(qǐng)視頻組播傳輸?shù)慕K端中的最低能支持的速率。這種機(jī)制雖然能保證視頻數(shù)據(jù)的傳輸能覆蓋所有申請(qǐng)視頻流的終端，但是它降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?，使性能較好的終端不能獲得高質(zhì)量的視頻，即組播方式缺乏對(duì)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)終端的有效支持。單播和組進(jìn)行視頻傳輸?shù)奶攸c(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 單播和組進(jìn)行視頻傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

IEEE 802.11e［21］定義了新的操作方式和參數(shù)設(shè)置來(lái)增強(qiáng)MAC層的QoS（Quality of Service）的支持，即混合式協(xié)調(diào)功能（HCF——Hybrid Coordination Function）。其中增強(qiáng)的分布式協(xié)調(diào)訪問(wèn)（EDCA）是對(duì)原來(lái)的DCF的增強(qiáng)，它定義了4種訪問(wèn)類型（AC——Acces Categories）來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)語(yǔ)音、視頻、盡力而為的數(shù)據(jù)報(bào)文和背景數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到MAC層的時(shí)候，它們就會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)入相應(yīng)的AC隊(duì)列中等待發(fā)送。

但如果有多個(gè)視頻流進(jìn)行傳輸，802.11e就沒(méi)有辦法進(jìn)一步再區(qū)分它們之間的優(yōu)先級(jí)。另外802.11e也沒(méi)有針對(duì)組播視頻傳輸?shù)目煽啃詸C(jī)制進(jìn)行改善。

2 基于QoE的跨層視頻傳輸?shù)目傮w框架

對(duì)于上述的單播、組播以及802.11e視頻處理的特點(diǎn)和局限，為了提高Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量，傳統(tǒng)的解決方案是在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次中處理各自相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如傳輸層和MAC層研究的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)流的隊(duì)列優(yōu)先級(jí)，組播傳輸?shù)闹貍骱图m錯(cuò)機(jī)制等，并沒(méi)有涉及到承載的視頻流本身的編碼和傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，也沒(méi)有跟人的主觀體驗(yàn)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種數(shù)據(jù)流的QoS的處理機(jī)制已經(jīng)非常成熟，但對(duì)于視頻質(zhì)量提高已經(jīng)沒(méi)有更多改進(jìn)的空間。例如，如果要在同一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中支持異構(gòu)終端不同清晰等級(jí)的視頻播放質(zhì)量，目前不能通過(guò)已有的QoS處理機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

近年來(lái)QoE（Quality of Experience）是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)［4-5］。它把用戶的體驗(yàn)作為視頻傳輸性能提升的目標(biāo)。它背后的思路是期望網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并不僅僅是傳輸?shù)奈锢韺踊蚵酚蛇x擇的通道，需涉及被傳輸?shù)膽?yīng)用層內(nèi)容，然后根據(jù)用戶對(duì)內(nèi)容質(zhì)量的需求調(diào)整傳輸?shù)膸?。所以QoE研究的是跨網(wǎng)絡(luò)層方案的視頻傳輸［13］，也就是網(wǎng)絡(luò)中的上下各層（應(yīng)用層、MAC層和物理層）互相配合，利用被傳輸?shù)囊曨l流的特點(diǎn)來(lái)提高質(zhì)量，而不僅僅把視頻傳輸當(dāng)成內(nèi)容無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)文和比特流來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)。

本文根據(jù)近年來(lái)QoE的研究，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度歸納出無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行跨層視頻傳輸?shù)目傮w框架（見(jiàn)圖1）。這個(gè)框架中包含應(yīng)用層、802.11 MAC層以及物理層進(jìn)行視頻流傳輸?shù)膹纳现料碌倪^(guò)程，同時(shí)物理層收集視頻流的鏈路狀態(tài)，并從下至上反饋到MAC層和應(yīng)用層進(jìn)行重傳控制、緩沖區(qū)管理以及視頻分層的控制等。利用視頻QoE的度量（Metrics）參數(shù)來(lái)評(píng)估整個(gè)視頻傳輸過(guò)程的性能，本文使用的參數(shù)是實(shí)時(shí)緩沖區(qū)大小的使用情況以及可持續(xù)播放視頻的時(shí)間。

這個(gè)跨層的架構(gòu)中充分利用了H.264/MPEG-4視頻分級(jí)的特點(diǎn)，即相同的視頻流在編碼時(shí)先分成基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層后進(jìn)行傳輸，然后Wi-Fi AP設(shè)置了不同的傳輸速率根據(jù)不同的優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層的數(shù)據(jù)流。建議的方式是基準(zhǔn)層賦予較低的MCS（Modulation and coding scheme），這樣確保網(wǎng)絡(luò)中較低處理能力的終端至少能播放基本的視頻流，賦予較高處理能力的終端較高的MCS，使其能接收和播放較高清晰度的視頻流。

參考文獻(xiàn)［14］和［15］是利用視頻的分層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在AP上傳輸不同的組播數(shù)據(jù)流的例子。參考文獻(xiàn)［14］討論了傳輸基本視頻清晰度質(zhì)量的內(nèi)容（基準(zhǔn)層）以及增強(qiáng)型清晰度（增強(qiáng)層）的方案，利用FMS（Flexible multicast service）模式來(lái)增強(qiáng)省電模式下的組播數(shù)據(jù)報(bào)文的處理，讓接收終端可以根據(jù)處理能力選擇高清晰度視頻或者電能消耗較少的基本質(zhì)量的視頻。結(jié)果表明這個(gè)方案能有效地滿足用戶對(duì)于視頻質(zhì)量和資源消耗權(quán)衡的需求。

參考文獻(xiàn)［15］利用了相同的視頻編碼分層的結(jié)構(gòu)，把基本質(zhì)量的視頻流和增強(qiáng)的視頻流分別放入802.11aa定義的新增加的2個(gè)隊(duì)列來(lái)區(qū)分優(yōu)先級(jí)。另外文獻(xiàn)中利用組播沖突防護(hù)（Multicast Collision Prevention）來(lái)減少組播沖突，并增加接收方的反饋機(jī)制來(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)包重傳機(jī)制。

參考文獻(xiàn)［16］根據(jù)信道統(tǒng)計(jì)、源速率以及視頻播放的緩沖狀態(tài)來(lái)調(diào)整應(yīng)用層的播放速率，在物理層上根據(jù)丟包率來(lái)進(jìn)行QoS和QoE匹配，文中指出這樣的跨層架構(gòu)能避免視頻播放緩沖的清空，及時(shí)調(diào)整緩沖大小來(lái)提高視頻播放的效果。

本文把這些QoE的研究歸納到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框架中，分別介紹各個(gè)層次的作用和設(shè)計(jì)要求，通過(guò)基于QoE的度量參數(shù)來(lái)建立應(yīng)用層、MAC層和物理層之間互相配合的關(guān)系，來(lái)整體提高視頻傳輸?shù)挠脩趔w驗(yàn)的質(zhì)量。

圖1 基于Qo E的跨層視頻傳輸框架

2.1 基于QoE的跨層視頻傳輸?shù)亩攘浚∕etrics）

傳統(tǒng)度量視頻傳輸QoS的方式跟數(shù)據(jù)報(bào)文一樣，即關(guān)注視頻流中的丟包率、時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)。實(shí)際上這樣的度量并不能體現(xiàn)用戶對(duì)視頻質(zhì)量的真實(shí)體驗(yàn)，這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化并沒(méi)有跟主觀上的視頻質(zhì)量有完全直接的一對(duì)一的匹配關(guān)系。從終端播放視頻的質(zhì)量來(lái)分析，實(shí)時(shí)緩沖（Buffer Utilization）的使用情況以及可持續(xù)播放的時(shí)間（Play Time）直接影響用戶的體驗(yàn)，本文借鑒了參考文獻(xiàn)［25］的視頻QoE的計(jì)算方式作為本跨層架構(gòu)的核心度量。根據(jù)圖1的跨層視頻傳輸?shù)募軜?gòu)，下面是針對(duì)可分層視頻播放質(zhì)量的度量方式（Metrics）。

H.264/MPEG-4視頻流在編碼的時(shí)候分成基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層后進(jìn)行傳輸，基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層的視頻對(duì)應(yīng)不同的編碼碼率（Rate）。根據(jù)無(wú)線環(huán)境中不同終端處理視頻的不同能力，在物理層針對(duì)不同層的視頻流利用不同的MCS來(lái)進(jìn)行傳輸，這樣基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層就有不同的實(shí)時(shí)吞吐量的測(cè)量數(shù)據(jù)。

下面公式中的i代表了不同的視頻層的編號(hào)，i=1是基準(zhǔn)層，i＞1是各個(gè)增強(qiáng)層。平均吞吐量（AvgThroughput）是各個(gè)視頻層傳輸?shù)耐掏铝恐偷钠骄担∕bit/s）。平均碼率（AvgRate）是各個(gè)視頻層的碼率之和的平均值（Mbit/s）。

如式（3）［25］，當(dāng)平均吞吐量大于平均視頻碼率時(shí)，終端能及時(shí)播放視頻流，這種情況下緩沖利用率定義為零。當(dāng)平均吞吐量小于視頻平均碼率的時(shí)候，終端播放視頻可能出現(xiàn)卡頓或延遲，緩沖利用率的數(shù)值隨之增加。通過(guò)式（3）的緩沖利用率可以度量在視頻傳輸過(guò)程中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)視頻質(zhì)量的影響。

參考式（4）［25］，當(dāng)平均無(wú)線吞吐量大于平均視頻碼率的時(shí)候，終端可以持續(xù)播放視頻。當(dāng)平均吞吐量小于平均視頻碼率的時(shí)候，緩沖區(qū)不能連續(xù)提供視頻播放的數(shù)據(jù)流，使終端在播放過(guò)程中可能出現(xiàn)卡頓或延遲。式（4）中的BuffTime指的是初始化時(shí)缺省設(shè)置的緩沖區(qū)能播放視頻的持續(xù)時(shí)間。

圖2是式（3）和式（4）的圖例，隨著橫坐標(biāo)時(shí)間的增加，緩沖利用率變大（左圖），播放時(shí)間縮短（右圖），說(shuō)明了無(wú)線吞吐量低于視頻碼率，并且差距隨時(shí)間在變大，這樣視頻播放的質(zhì)量就會(huì)隨之下降，相應(yīng)的視頻畫(huà)面會(huì)出現(xiàn)卡頓或者延遲的現(xiàn)象。

圖2 視頻質(zhì)量的度量參數(shù)

通過(guò)式（3）和（4），系統(tǒng)可以在業(yè)務(wù)運(yùn)行的時(shí)候?qū)崟r(shí)測(cè)量和觀察視頻質(zhì)量，物理層和MAC層把收集到的數(shù)據(jù)反饋到應(yīng)用層進(jìn)行緩沖調(diào)整和視頻分層，這是客觀QoE的處理方式。另外常用的手段是通過(guò)外部測(cè)量客觀評(píng)估網(wǎng)絡(luò)中的視頻質(zhì)量，例如PSNR、VQM等。

QoS是普遍應(yīng)用的數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸質(zhì)量的評(píng)估，也有研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析QoS和QoE之間的關(guān)聯(lián)。參考文獻(xiàn)［6］是從QoS的角度出發(fā)研究網(wǎng)絡(luò)中視頻流的QoE，文章首先分析了單個(gè)QoS參數(shù)對(duì)視頻流QoE的影響，得出視頻流QoE與丟包、抖動(dòng)相關(guān)而與延遲無(wú)關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)不同編碼的視頻流的用戶體驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)建模，利用回歸方程提供一種QoS參數(shù)和用戶體驗(yàn)之間的映射關(guān)系。

2.2 基于QoE的跨層視頻傳輸中的應(yīng)用層

上述跨層架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)是跟H.264/MPEG-4視頻分級(jí)（Scalable Video Coding）的特點(diǎn)緊密相關(guān)的。JVT（Joint Video Team）組織在2007年通過(guò)了基于H.264/MPEG-4 AVC架構(gòu)的可分級(jí)編碼標(biāo)準(zhǔn)［22］。視頻被編碼成基準(zhǔn)層和1個(gè)或多個(gè)增強(qiáng)層?；鶞?zhǔn)層提供了解碼后的基本視頻質(zhì)量，而增強(qiáng)層提供了更高清晰度的增強(qiáng)視頻質(zhì)量。在本文中如果視頻編碼有n個(gè)層的分級(jí)，定義i代表不同的視頻層的編號(hào)，則i=1是基準(zhǔn)層，i＞1是各個(gè)增強(qiáng)層。

視頻流的基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層分級(jí)是在網(wǎng)絡(luò)中的視頻編碼服務(wù)器上完成并通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞覂?nèi)的Wi-Fi網(wǎng)關(guān)或AP。在跨層架構(gòu)中（見(jiàn)圖1），AP的應(yīng)用層支持的功能包括QoE度量值的收集和計(jì)算、動(dòng)態(tài)緩沖區(qū)大小管理以及視頻分層控制。

應(yīng)用層首先在初始化階段設(shè)置缺省緩沖區(qū)的大小，系統(tǒng)中可支持的最小和最大的緩沖區(qū)長(zhǎng)度，然后根據(jù)底層收集的性能數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算實(shí)時(shí)的緩沖利用率和可持續(xù)播放的時(shí)間參考值?；谶@樣的QoE度量數(shù)據(jù)，應(yīng)用層調(diào)整緩沖區(qū)的長(zhǎng)度和等待隊(duì)列的數(shù)量來(lái)接收外部網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器傳輸過(guò)來(lái)的分層視頻流。如果無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境干擾嚴(yán)重，視頻傳輸?shù)耐掏铝看蠓认陆?，緩沖利用率變大，可持續(xù)播放時(shí)間縮短，則應(yīng)用層就只轉(zhuǎn)發(fā)基準(zhǔn)層或減少增強(qiáng)層的數(shù)量，讓系統(tǒng)能自適應(yīng)降低無(wú)線吞吐量，確保傳輸有效的視頻流給終端。如果無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好，則系統(tǒng)根據(jù)度量值來(lái)增加增強(qiáng)層的數(shù)量的轉(zhuǎn)發(fā)，提高無(wú)線吞吐量，讓終端播放較高質(zhì)量的視頻。

2.3 基于QoE的跨層視頻傳輸?shù)腗AC層

跨層結(jié)構(gòu)中的MAC層首先要支持多個(gè)視頻優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，即把應(yīng)用層轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的視頻基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層放在不同優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。然后MAC層根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的終端數(shù)量，判斷是通過(guò)組播還是單播來(lái)傳輸視頻。如果是組播，則MAC層負(fù)責(zé)提高組播方式下的視頻傳輸?shù)目煽啃院图m錯(cuò)機(jī)制。此外MAC層還要負(fù)責(zé)把物理層收集到的QoE度量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用層。

多個(gè)視頻優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的機(jī)制可以基于IEEE 802.11aa標(biāo)準(zhǔn)中的定義來(lái)實(shí)現(xiàn)。在IEEE 802.11e的4種訪問(wèn)類型的基礎(chǔ)上，IEEE 802.11aa對(duì)于語(yǔ)音和視頻的隊(duì)列進(jìn)行拓展來(lái)進(jìn)一步區(qū)分優(yōu)先級(jí)［10］。視頻的發(fā)送隊(duì)列分為基本隊(duì)列和備選隊(duì)列，可以根據(jù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度不同的視頻流。

采用組播來(lái)傳輸視頻，它的傳輸速率是在AP關(guān)聯(lián)下的多個(gè)終端傳輸?shù)淖畹湍苤С值乃俾?。基?zhǔn)層和增強(qiáng)層在傳統(tǒng)視頻的傳輸過(guò)程中具有相同優(yōu)先級(jí)的丟包和時(shí)延抖動(dòng)，用戶終端的解碼軟件既不能有效保證基準(zhǔn)層的播放質(zhì)量，又不能區(qū)分增強(qiáng)層的視頻體現(xiàn)效果。在基于802.11aa拓展的視頻隊(duì)列（基本隊(duì)列和備選隊(duì)列）中，MAC層的解決方案是在AP側(cè)把基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層放在視頻傳輸?shù)牟煌瑑?yōu)先級(jí)隊(duì)列中，基準(zhǔn)層的視頻流有較高的優(yōu)先級(jí)，增強(qiáng)層有較低的優(yōu)先級(jí)。在MAC層建立轉(zhuǎn)發(fā)視頻流的規(guī)則，確保終端首先播放基本質(zhì)量的視頻；如果當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量較高，終端能夠接收并選擇播放視頻的增強(qiáng)層。在不改變終端硬件和軟件的情況下，讓AP能夠提高異構(gòu)終端的視頻播放的用戶體驗(yàn)。

2.4 基于QoE的跨層視頻傳輸?shù)奈锢韺?/h3>

MAC層把不同優(yōu)先級(jí)的視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)給物理層，高優(yōu)先級(jí)的視頻流對(duì)應(yīng)的是基準(zhǔn)層，低優(yōu)先級(jí)的視頻流對(duì)應(yīng)的是增強(qiáng)層。物理層完成相應(yīng)的MCS的適配，給高優(yōu)先級(jí)的基準(zhǔn)層分配較低的MCS，這樣確保每個(gè)終端都能收到相應(yīng)的基本質(zhì)量的視頻流；給低優(yōu)先級(jí)的視頻的增強(qiáng)層分配較高的MCS，在較好的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境情況下，處理能力較高的終端能播放更高分辨率質(zhì)量的視頻。參考文獻(xiàn)［23］和［24］是對(duì)應(yīng)用層的視頻碼率映射到物理層不同速率的研究。本文討論的框架設(shè)計(jì)是把應(yīng)用層緩沖區(qū)中的視頻分層、MAC層的隊(duì)列優(yōu)先級(jí)以及物理層的速率作為整體的設(shè)計(jì)方案。

物理層的實(shí)時(shí)無(wú)線吞吐量是作為視頻QoE的度量指標(biāo)被上傳到MAC層以及應(yīng)用層進(jìn)行計(jì)算和分析，然后應(yīng)用層調(diào)整緩沖區(qū)大小以及控制視頻分層的數(shù)量，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)視頻傳輸?shù)耐掏铝亢唾|(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中組播和單播傳輸視頻的特點(diǎn)和局限，以及已有的802.11e的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的機(jī)制，然后著重分析和歸納了基于QoE的跨網(wǎng)絡(luò)層的視頻傳輸?shù)目傮w架構(gòu)，視頻QoE的度量指標(biāo)和作用，應(yīng)用層、MAC層以及物理層互相配合來(lái)總體提高視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。

視頻流特定的分層的編碼方式是支持跨層架構(gòu)的解決方案的基礎(chǔ)，而QoE度量參數(shù)是跨層結(jié)構(gòu)中提高性能的關(guān)鍵指標(biāo)和依據(jù)，這樣確保了各層始終是依據(jù)用戶體驗(yàn)來(lái)傳輸視頻數(shù)據(jù)。應(yīng)用層支持動(dòng)態(tài)調(diào)整的緩沖區(qū)機(jī)制和分層數(shù)量轉(zhuǎn)發(fā)的控制；然后視頻流的基準(zhǔn)層和增強(qiáng)層映射到MAC層的不同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，MAC層根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)吞吐量和連接終端的數(shù)量決定是否需要把組播轉(zhuǎn)換成單播進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；物理層適配相關(guān)的MCS轉(zhuǎn)發(fā)視頻數(shù)據(jù)給各個(gè)終端。物理層上的實(shí)時(shí)吞吐量數(shù)據(jù)上傳給MAC層以及應(yīng)用層進(jìn)行緩沖區(qū)管理和流量控制的閉環(huán)處理。

基于QoE的跨層視頻傳輸?shù)目傮w架構(gòu)中除了增強(qiáng)MAC層中的重傳和確認(rèn)機(jī)制是專門(mén)針對(duì)組播可靠性的提高，其他闡述的方案和QoE的度量同時(shí)適用于組播和單播方式。應(yīng)用層的視頻分級(jí)和緩沖管理、MAC層的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、物理層的速率適配等，都能有利于單播視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量以及終端播放的用戶體驗(yàn)。

在分析MAC層的時(shí)候，本文闡述的技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是基于目前已有的802.11規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，把AP作為框架設(shè)計(jì)的核心，這樣能兼容用戶已購(gòu)買(mǎi)的終端硬件，而沒(méi)有把終端上的軟件的升級(jí)作為技術(shù)研究和方案來(lái)推薦。

基于QoE的跨層架構(gòu)方案是最近幾年視頻傳輸研究的重點(diǎn)。本文沒(méi)有羅列所有相關(guān)的論文和技術(shù)，而是從工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的角度關(guān)注系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和框架，建立基于分層視頻基礎(chǔ)和QoE度量的完整的跨層方案。作為將來(lái)的改進(jìn)方向，該方案可以繼續(xù)研究其他有利于提高用戶體驗(yàn)的QoE度量參數(shù)，組播重傳機(jī)制的性能改進(jìn)，降低跨層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，多AP網(wǎng)絡(luò)基于QoE的視頻傳輸?shù)取?/p>