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ABL8REM24050系統的基本構架

本文提出的仿真系統結構如圖1所示。編碼器將YUV格式的視頻源，按照配置文件的要求進行編碼，產生視頻壓縮文件。再根據視頻流的情況，產生網絡流量的trace文件，并將trace文件通過網絡模擬器。經過模擬產生trace結果，分析后得到延時記錄和分組丟失記錄。最后，利用這些記錄產生有損傷的視頻壓縮文件，解碼后可以進行質量的評價。

2.2 分析的步驟

由于在視頻傳輸的仿真中，需要將真實的視頻流在仿真的網絡環境中傳輸，因此必須對NS-2進行擴展與修改，添加視頻傳輸仿真過程中所需的網絡元素，包括代理的設計。本文利用文獻［4］中作者設計的3個代理MyTrafficTrace，MyUDP和MyUDPSink。MyTraffic-Trace代理按照發送trace文件，在適當的時間發送分組給低層UDP，發送時間是根據視頻幀發送率在trace文件中設定的。

MyUDP是UDP代理的延伸，它記錄每個傳輸分組的時間戳，分組id和分組大小。MyUDPSink是接收代理，接收MyUDP發送的視頻分組，這個代理在的文件中記錄每個接收分組的時間戳、分組id和分組大小。另外，如果研究者需要驗證其提出的傳輸策略，就要使用C++++和OTcl對網絡元素編程，并將其提出的策略加到網絡元素中去，然后重新編譯NS。在完成了對NS-2的擴展以后，就可以利用NS進行仿真。

2.2.1 產生仿真用的trace文件

由于視頻編碼軟件不能直接產生用來仿真的trace文件。因此需要將視頻編碼器產生的視頻壓縮文件轉換成trace文件，trace文件的格式是。轉換的基本原理就是讀取視頻文件中的時間戳和分組的大小，并將這些信息存儲到trace文件中。例如數據，就是圖像測試序列mother_daughter.yuv經編碼后，產生的trace文件中的一組數據，表示在0.066 667 s發送大小為407 B、分組標識為id8的分組。

2.2.2 仿真配置

（1）根據實際網絡的要求，定義網絡節點，配置網絡拓樸結構，確定鏈路的基本特性，如延遲、帶寬等。

（2）建立協議代理，包括端設備的協議綁定和通信業務量模型的建立，將視頻流和各種背景流綁定到代理中。配置業務量模型的參數，確定網絡上的業務量分布。

（3）設置Trace對象。Trace對象把仿真過程中發生的特定類型事件記錄在trace文件中。NS-2通過trace文件保存整個仿真過程。仿真完成后，可以對trace文件進行分析研究。

（4）編寫其他的輔助過程，設定仿真結束時間，至此OTcl腳本編寫完成，再用NS-2解釋執行已編寫的OTcl腳本，進行仿真。

2.2.3 對傳輸后視頻文件的恢復與解碼

網絡仿真器能為每個傳輸的分組產生相應的記錄，仿真后產生trace文件，記錄模擬過程的所有trace數據。通過MyUDPSink代理生成目標trace文件，它的格式是。例如，數據，就表示在上例中0.066 667 s發送的大小為407 B的分組id8在時刻0.275 093 s被接收到，若在目標trace文件中沒有對應的分組數據說明該分組丟失。以下兩組數據：，是分別對應于連續兩幀圖像的分組，由于兩分組之間延時0.097 205 s超過了設定的幀間間隔，故在實時視頻傳輸中分組14由于延時超過限制，將不能用來解碼。

可見根據目標trace文件就可以判斷壓縮視頻分組中哪些分組要在傳輸過程中丟失，哪些分組因為延時超過了一定的限制而不能用來解碼。基于這樣的方法，可以從壓縮視頻文件中將傳輸丟失的分組和延時超過限制的分組丟棄，從而產生新的傳輸以后的視頻壓縮文件。解碼器對該文件進行解碼便得到重建視頻，從而進行質量的評估。

3 實例分析

圖2所示是本文進行實例分析的視頻傳輸系統的結構示意圖，攝像機產生視頻文件，通過節點S1適時傳輸到節點D1，中間通過節點R1和R2；節點S1帶有1個CBR流量發生器，也通過中間節點R1和R2，向節點D2發送，作為影響視頻傳輸的背景流。鏈路的帶寬如圖中標注所示。本實例仿真主要想說明CBR的背景流對視頻傳輸質量的影響，從而論證本分析方案的可行性。

ABL8REM24050

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