Skype視頻帶寬變化的響應(yīng)

Skype視頻帶寬變化的響應(yīng)-----吳文刊、尹玉輝、孫海強(qiáng)目錄引言相關(guān)工作及介紹skype視頻及實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)總結(jié)與結(jié)論引言TCP/IP協(xié)議棧在可靠傳輸和時(shí)間不敏感數(shù)據(jù)類(lèi)型傳輸上已非常成熟。如今，互聯(lián)網(wǎng)正迅速發(fā)展成為一個(gè)完全高效的多媒體內(nèi)容傳輸平臺(tái)。這種變革的主要例子如：YouTube，Skype的音頻/視頻，IPTV，P2P視頻布局（如Coolstreaming或Joost的。）

盡管YouTube流視頻基于TCP傳輸控制協(xié)議，諸如SkypeVoIP或vedioconferencing等時(shí)間敏感型應(yīng)用則是采用UDP協(xié)議，因?yàn)樗麄兛梢栽试S小的損失百分比，而不是通過(guò)TCP恢復(fù)延遲重傳。

由于UDP沒(méi)有實(shí)現(xiàn)擁塞化控制，這些應(yīng)用程序必須在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)這些功能，以避免擁塞化，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。相關(guān)工作及介紹時(shí)間不敏感的數(shù)據(jù)傳輸和時(shí)間敏感傳輸之間一個(gè)關(guān)鍵的不同點(diǎn)。如VoIP或?qū)崟r(shí)視頻，雖然數(shù)據(jù)發(fā)送速率可以被調(diào)制，以匹配該網(wǎng)絡(luò)可用的帶寬，而一個(gè)實(shí)時(shí)的音頻/視頻發(fā)送速率必須遵循源速率。

因?yàn)檫@些子數(shù)據(jù)傳輸是在TCP下進(jìn)行的彈性的，它實(shí)現(xiàn)擁塞控制，而實(shí)時(shí)傳輸是無(wú)彈性，并且在UDP上的執(zhí)行。通過(guò)沿使用擁塞控制算法具有可擴(kuò)展的視頻編解器，能夠適應(yīng)視頻質(zhì)量，幀率和圖像尺寸匹配兩者的要求和網(wǎng)絡(luò)可用帶寬。流的吞吐量發(fā)起的裝置的可伸縮視頻編解碼器是始終由最大和最小比特率實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)的由特定編解碼器。YouTube與Skype的區(qū)別YouTube視頻分發(fā)系統(tǒng)采用TCP產(chǎn)生彈性傳輸。特別是，在播放開(kāi)始之前該視頻流被寄存在接收機(jī)。

以這種方式，持續(xù)時(shí)間短的源視頻速率和網(wǎng)絡(luò)可用的頻帶寬度不匹配被平均并且由輸出寄存器標(biāo)記。Skype的音頻/視頻是一個(gè)封閉源代碼的應(yīng)用化。Skype的音頻采用了多種音頻編解碼器，如G729，SVOPC，ISAC，iLBC，而Skype的視頻應(yīng)用由On2公司提供的VP7編解碼器。對(duì)Skype的其他有關(guān)研究：P2P網(wǎng)絡(luò)特性;Skype的網(wǎng)絡(luò)電話(huà)流的質(zhì)量Skype流的認(rèn)證SKYPE使用的視頻編解碼器Skype使用ON2公司所提供的專(zhuān)有視頻編解碼器——TrueMotionVP7，該編解碼器用一個(gè)數(shù)據(jù)速率控制以支持實(shí)時(shí)視頻編碼和解碼，調(diào)節(jié)幀質(zhì)量，視頻分解，每秒幀的數(shù)目，并能適應(yīng)頻帶寬度的變化，提供數(shù)據(jù)傳輸比特率最低是20kbps;不確定最大比特率。skype視頻的實(shí)驗(yàn)：為了探討當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬隨時(shí)間的變化Skype的音頻/視頻連接如何變化，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種測(cè)量工具，它允許真正的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)被部署在一個(gè)或多個(gè)主機(jī)。吞吐量定義為Δsent/ΔT，損失率Δloss/ΔT和實(shí)際吞吐量為（Δsent-Δloss）/ΔT，其中Δsent是在時(shí)間段ΔT內(nèi)傳送的比特，Δloss發(fā)送的比特?cái)?shù)是在同一時(shí)期丟失的比特?cái)?shù)，考慮的測(cè)量時(shí)間間隔ΔT=0.4秒Skype視頻響應(yīng)的第一步變化我們開(kāi)始通過(guò)調(diào)查一個(gè)Skype的行為流訪問(wèn)瓶頸鏈路的帶寬容量更改后階梯函數(shù)的最小值A(chǔ)m=160kbps,最大值點(diǎn)AM=2000kbps。沒(méi)有并發(fā)流量注入。圖3顯示了吞吐量,幀速率和抖動(dòng)動(dòng)力學(xué)，通過(guò)重復(fù)四個(gè)試驗(yàn)運(yùn)行。視頻流量開(kāi)始發(fā)送在一個(gè)非常低利率和達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)送大約80kbps,遠(yuǎn)低于160kbps的可用帶寬。當(dāng)t=50s的可用帶寬增加,發(fā)送速率達(dá)到平均比特率,這是略低于450kbps,經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)渡時(shí)間約100s?，F(xiàn)在,讓我們集中我們的注意力在三個(gè)變量(t),問(wèn)(t)和s(t)進(jìn)行節(jié)流的視頻編解碼器[15]匹配網(wǎng)絡(luò)可用帶寬。首先,在四個(gè)實(shí)驗(yàn)視頻的分辨率s(t)Skype是設(shè)定在320240像素保持不變?cè)谒械膶?shí)驗(yàn)。幀率的行為,f的初始值(t)總是發(fā)現(xiàn)15:2fps,那么f(t)減少到10幀/秒不到10s。增量步后可用帶寬,f(t)開(kāi)始增加在t=85s和左右然后在振蕩15fps的價(jià)值。此外,發(fā)送速度rs(t)開(kāi)始在t=50s而增加f(t)的價(jià)值仍大致恒定的時(shí)間間隔50個(gè);85s。這可以通過(guò)查看圖來(lái)解釋4,顯示了四個(gè)數(shù)據(jù)包大小和累積的損失實(shí)驗(yàn)運(yùn)行:數(shù)據(jù)包大小增加的時(shí)間間隔(50,85)而f(t)是幾乎不變,這意味著發(fā)送速率的增加是由于一個(gè)改進(jìn)質(zhì)量q(t)。此外,圖4顯示一個(gè)有趣的聯(lián)系數(shù)據(jù)包大小和包丟失:每一次大的損失事件發(fā)生時(shí)(累積行發(fā)生了很大一步圖4所示)數(shù)據(jù)包大小雙打,因此意義Skype使用了一個(gè)選舉委員會(huì)機(jī)制來(lái)抵消包的損失。另一方面,Skype不觸發(fā)一個(gè)包大小增加時(shí),實(shí)體的損失被認(rèn)為是可以忽略的因?yàn)樗梢酝茢嗤ㄟ^(guò)查看S3情節(jié)時(shí)t=177s,表明增加邁出的一小步累計(jì)損失曲線(xiàn)不翻包的大小?？偠灾?這第一個(gè)調(diào)查的主要結(jié)果是Skype視頻流量產(chǎn)生的發(fā)送速率達(dá)到最大值約為450kbps,使用了選舉委員會(huì)的機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)巨大的包損失

Skype回應(yīng)的梯度變化在這種情況下我們的目標(biāo)是在調(diào)查一個(gè)Skype視頻流量適應(yīng)小梯狀遞增/遞減減少可用的帶寬。我們開(kāi)始的目的通過(guò)允許可用帶寬變化的范圍160--1000kbps。通過(guò)使用知識(shí)過(guò)渡時(shí)期我們聚集在前面的場(chǎng)景中,我們?cè)O(shè)置的帶寬變化發(fā)生每100s為了讓發(fā)送利率撲滅他們的瞬變。特別是,在上半年的實(shí)驗(yàn)中,可用的帶寬增加每100s的168kbps,然而,在下半年的實(shí)驗(yàn),它每100s相同數(shù)量的減少圖5顯示了Skype視頻流量有所放緩自最大發(fā)送速率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)現(xiàn)只有在時(shí)間t=700s下半年實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開(kāi)始了。此外,在一半的實(shí)驗(yàn)中,損失可以忽略不計(jì),平均吞吐量約為300kbps,遠(yuǎn)低于一個(gè)值1000kbps的可用帶寬。對(duì)于幀速率,在初始值f(t)=15:2fps則減,直到t=tA時(shí)突然increasesits價(jià)值再次15:2fps。突然增加的框架率發(fā)生在通信的視頻分辨率的變化s(t)從320*240至240*160。的幀率這個(gè)值保持不變,直到時(shí)間t=tB時(shí)分辨率切換回320*240和幀速率再次設(shè)置15:2fps。我們運(yùn)行一個(gè)類(lèi)似的實(shí)驗(yàn),可用帶寬變化從160kbps到20kbps為了研究Skypeows能夠匹配一個(gè)薄的鏈接能力。圖6顯示了發(fā)送利率是可以的按照帶寬減少直到能力下降40kbps。在這種情況下最小的幀速率5fps是測(cè)量。當(dāng)可用的帶寬不足在20kbps,最低的比特Skype視頻編解碼器[15],視頻通話(huà)將被在t=375年代可能是因?yàn)镾kype檢測(cè)到一個(gè)很大的包損失的百分比。這個(gè)測(cè)試的總體結(jié)論是,Skype視頻帶寬增加反應(yīng)有點(diǎn)慢,意味著Skype不是有效的采取一切可用的帶寬因此失去的可能性提供視頻在盡可能高的質(zhì)量。在這個(gè)測(cè)試可用500s帶寬達(dá)到500kbps的價(jià)值超過(guò)這個(gè)值,但Skype視頻發(fā)送速率保持平均發(fā)送的速度只有300kbps。另一方面一方面,測(cè)試表明,Skype視頻能夠縮小發(fā)送速率匹配一個(gè)可用帶寬低于40kbps。兩個(gè)skype視頻流占用的方波帶寬。在前面的測(cè)試中，我們已經(jīng)說(shuō)明了如何將一個(gè)單一的skype視頻流反應(yīng)為可變的網(wǎng)絡(luò)狀況，如突然上升/下降的可用帶寬。在這種測(cè)試中，我們的目標(biāo)是調(diào)查多個(gè)視頻的OWS電子ECT在網(wǎng)絡(luò)上的穩(wěn)定性。為了完成以上目標(biāo)，我們?cè)O(shè)定了一個(gè)場(chǎng)景：第一個(gè)視頻流S1開(kāi)始于t=0s第二個(gè)視頻流S2開(kāi)始于t=50s該可用帶寬改變方波的周期T=400s在周期內(nèi)存在最大比特率M=384kbps和最小比特率S=160kbps我們選取了M=384kbps的比特率，因?yàn)檫@是一個(gè)UMTS鏈路的下行鏈路容量，并且比我們已經(jīng)測(cè)定的最大平均發(fā)送skype率=450稍微小一點(diǎn)，這樣我們選取的兩個(gè)skyps的視頻流便可以造成擁塞的瓶頸。同樣當(dāng)我們選取最小比特率S=160kbps時(shí)，如第7圖所顯示的那樣，在開(kāi)始時(shí)，第一個(gè)視頻流增加其發(fā)送速率，就像我們之前的實(shí)驗(yàn)中顯示的那樣，不同的是第一個(gè)視頻流的速度在在第二個(gè)視頻流達(dá)到阻塞瓶頸時(shí)（t=50s）仍然在保持增長(zhǎng)，當(dāng)t>90s時(shí)S1開(kāi)始離開(kāi)原有帶寬趨向于S2，并且增加S1的發(fā)送率，直到t=200s，S1的帶寬開(kāi)始下降。可以看出S2產(chǎn)生了一個(gè)非常高和持久的損失速率，持續(xù)約30秒平均速率為80kbps。圖7還展示出了連接的平均通過(guò)時(shí)間間隔，帶寬被保持連續(xù)。，具體的，t=[0,200]s時(shí)信道鏈路利用率為68%，t=[200,400]s時(shí)利用率為83%，t=[400，600]s時(shí)利用率為46%，t=[600.800]s時(shí)利用率為61%。更要注意的是，當(dāng)t=400s時(shí)可用帶寬再次達(dá)到384kbps，這兩個(gè)skype視頻流沒(méi)有增加他們的發(fā)送速率，因此不會(huì)達(dá)到發(fā)送最好質(zhì)量視頻的效果。根據(jù)視頻分辨率，S1在t=tA時(shí)由320*240降到160*120，這是之前的帶寬下降。S2在t=tB是發(fā)生帶寬下降。通過(guò)以上分析，得出結(jié)論，skype獲得寬帶利用率的效率很低，因此失去了較高速傳遞高質(zhì)量視頻的可能性。skype視頻流的并發(fā)TCP流。在前面的小節(jié)中，我們已經(jīng)調(diào)查了skype視頻流在隨時(shí)間帶寬變化的視頻行為。在這一小節(jié)中，我們專(zhuān)注于skype的視頻行為在網(wǎng)絡(luò)與共享TCP流量。我們考慮384kbps比特率下的恒定容量鏈接。一個(gè)Skype的視頻通話(huà)開(kāi)始在t=0時(shí)，第一個(gè)TCP流開(kāi)始在t=200秒，而第二個(gè)開(kāi)始在t=400秒。當(dāng)TCP1進(jìn)入瓶頸，Skype的視頻流釋放帶寬以降低其發(fā)送速率。S1與S2共享帶寬相當(dāng)，直到t=250s時(shí)，skype的流量開(kāi)始減少他的發(fā)送速率，留下頻帶寬度為T(mén)CP1.實(shí)驗(yàn)中顯示，在沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，TCP2流開(kāi)始加入瓶頸鏈路，我們可以觀察到，在時(shí)間間隔[400，1000]s帶寬在某處共享，除了時(shí)間間隔[550,700]，隨著skype流量增大，帶寬獲得更大的帶寬份額。結(jié)果表明：skype花費(fèi)較大的帶寬份額來(lái)保證信道容量，而TCP流共享同樣帶寬，skype視頻流比tcp更具侵略性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果這個(gè)調(diào)查的主要目的是展示Skype視頻流量節(jié)流，發(fā)送率狀態(tài)變化可用的帶寬和Skype流動(dòng)的行為方式，當(dāng)并發(fā)TCP流共享瓶頸時(shí)。值得注意，我們認(rèn)為梯狀的帶寬,因?yàn)檫@在控制理論是一個(gè)簡(jiǎn)單和有效的實(shí)踐測(cè)試一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。事實(shí)上,階躍響應(yīng)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)的有趣的特性等同于動(dòng)力學(xué)瞬態(tài)時(shí)間和穩(wěn)定度特別是我們感興趣的揭示了瞬態(tài)Skype流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)帶寬增加/TCP流的減少或加入/離開(kāi)。這是合理的假設(shè)Skype視頻編碼器[15]油門(mén)發(fā)送速率r(t)通過(guò)改變畫(huà)面質(zhì)量問(wèn)(t),視頻分辨率(t)和數(shù)量的幀/秒(幀率)f(t)基于接收方發(fā)送的反饋報(bào)告因?yàn)樗侨鐖D2所示。此外,它是合理的猜想,反饋?zhàn)兞坑糜诠?jié)流問(wèn)(t),s(t)和f(t)可用帶寬,損失率l(t)和抖動(dòng)j(t)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論我們將說(shuō)明變量的除網(wǎng)絡(luò)條件這三個(gè)控制變量通過(guò)Skype進(jìn)行節(jié)