無線多網環境下之可調適性視訊伺服叢集設計

Design of Adaptive Video Cluster in a Multiple Wireless Network Environment

彭冠仁(Kuan-Jen Peng)

指導教授 ： 蔡志宏

國立臺灣大學/電機資訊學院/電信工程學研究所/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2006.00056

摘要

於本篇論文當中，我們在無線多網的環境之下，提出了一個視訊伺服叢集的系統架構及演算法，並且在Linux的平台上完成系統原型的實作。我們所提出的視訊伺服叢集有三個主要的特色。首先，在透過多網來傳送視訊資料時，我們設計了一個兼顧使用者的網路傳送成本，以及觀賞品質的演算法。第二，當使用者的網路狀況有所變動時，視訊伺服叢集所傳送的影像資料量也會隨之調整，以完成平順的播放要求。最後，對於視訊伺服叢集所播放的不同影像特性，我們也設計了一個估測的方法，來評估使用者目前所感受到的播放品質。

我們所提出的視訊伺服叢集設計，主要目標是要在無線多網的環境之下，以最少的網路傳送成本，來達成良好的使用者觀賞品質。為了提供這樣的視訊串流服務，我們會面臨如何正確且有效地利用異質無線網路之特性的挑戰，而這些特性主要包含了不同的網路頻寬、封包遺失率、和網路傳送成本。因此，我們於本篇論文中，首先提出了詳細的影像失真模型來估測使用者實際的觀賞感受。以這個影像失真模型為基礎，我們提出了名為”3-stage greedy”的演算法，來幫助我們決定透過多重異質的無線網路，來傳送影像訊框的順序，使得使用者可以使用近似最低的網路傳送成本，來觀賞有效控制失真問題的串流影像服務。

最後，我們實作所提出的架構及演算法，並且設計了一個實驗環境來驗證實作的可行性，以及透過我們的演算法所提升的影像觀賞品質。此外，我們所實作的視訊伺服叢集，可以根據使用者的網路狀況，來動態地調整所傳送的影像資料量。而對於不同影像所擁有的不同特性，我們的影像失真模型也可以加以估計，並且做出適當的調整。

關鍵字

無線網路 ； 多網環境 ； 串流伺服器 ； 視訊叢集

並列摘要

In this thesis, we propose an architecture and algorithms for constructing a video cluster in a wireless multi-networking environment and implement a prototype system on a Linux platform. The proposed video cluster has three main features: (a) cost-effectiveness and distortion-controlled scheduling algorithm to distribute video frames over multiple networks, (b) adaptive video bit rate control according to the client’s network conditions,
(c) adaptive video distortion estimator to model various video sequences with different characteristics.

The goal of the proposed video cluster is to provide streaming video services with good quality and low cost. The challenge of providing such services is to take advantage of heterogeneous wireless network characteristics, including their bandwidth, packet
loss probability and transmission cost. To meet these requirements, we first present a detailed video distortion model to estimate the distortion experienced by video service users. Based on this model, we propose a 3-stage greedy algorithm, which determines
the transmission sequences over multiple heterogeneous wireless network channels, so that distortion controlled streaming video services can be provided with near-optimal cost.

Finally, we implement a proposed system and setup an experimental environment to verify the implementations, and video quality improved by our cost-effective scheduling algorithm. It is also shown that video bit rate can be adjusted according to varying
network conditions. At last, our video model may alter dynamically to fit different kinds of video sequences.

並列關鍵字

wireless ； video ； cluster

參考文獻

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