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三网融合是通信技术发展的必然趋势,也是国家发展信息化的战略部署。有线电视网作为国家重要的信息化基础设施,具有独特的信息内容资源优势、点对面的广播优势以及用户普及率高的受众优势,是国家实施三网融合战略的重要理想网络平台。三网融合为广电运营商带来了历史性机遇,但是同时也带来了挑战,尤其是对终端软件技术提出了新的要求。目前,终端软件技术的发展方向是专用操作系统技术,对于电视终端软件技术,智能电视操作系统是发展趋势之一。而智能电视作为搭载了智能电视操作系统的电视终端,可以说是三网融合背景下终端融合的产物。
本文主要研究智能电视操作系统TVOS,为了改善终端的媒体处理能力,并且支持多任务并行执行,分别对TVOS的多媒体框架和资源管理框架进行详细设计。本文的研究内容主要包括:MPEG2传输流中Ⅰ帧的快速搜索、可伸缩视频流的存储结构、流媒体应用中自适应媒体播放技术、基于效用的多媒体系统多资源分配以及基于公平的多媒体系统多任务资源分配等,取得了以下研究成果:
1)为了实现MPEG2传输流的快进、快退操作,提出一种Ⅰ帧的快速搜索算法。通过分析MPEG视频码流的流量特征,得出GOP长度序列的自相关函数衰减较慢,即GOP长度序列具有长期依赖性,从而可以使用线性预测器对GOP长度序列进行预测。针对MPEG2传输流,采用一阶线性预测器预测Ⅰ帧间隔,并利用预测误差的统计特性对算法进行改进。仿真实验结果表明,该算法在效率和准确率方面都优于现有方法。
2)在流媒体应用中,VBR信道和VBR码流可能造成缓冲下溢,从而引起播放中断。针对上述问题,提出一种基于下溢概率估计的自适应媒体播放算法,以下溢概率作为播放速率调整的指示,这样就同时考虑了当前缓存队列长度和缓存队列长度的变化。为了估计下溢概率,利用G/G/1排队系统模拟接收端缓存,推导出下溢概率的估计模型,并通过滑动窗口法估计帧到达时间间隔的均值和方差,从而实现下溢概率的在线估计。仿真实验结果表明,AMP-UPE算法性能优于AMP-RB算法和AMP-SC算法;且AMP-UPE算法的性能受下溢概率阈值影响,下溢概率阈值越小,播放中断的频率越低,帧间隔的短期标准差越大。
3)针对多媒体系统多资源分配问题,提出一种基于定价机制的多资源分配算法。假设资源消耗函数是凸函数,从而推导出资源分配问题是凸规划问题,可以通过拉格朗日对偶分解理论求解,确定资源的单价并得到最优的资源分配。对于单资源分配问题,使用多标拍卖算法确定最优的资源分配。仿真实验结果表明,对于单资源分配问题,当任务的投标数大于15,系统总的QoS水平达到近似最优;对于多资源分配问题,基于定价机制的多资源分配算法性能优于现有算法,且算法复杂度更低。
4)针对多媒体系统多任务资源分配问题,提出一种基于非线性弹性任务模型的资源分配算法。首先,定义任务间QOS水平的公平性,并描述基于公平的多媒体系统多任务资源分配问题;然后,考虑非线性弹性任务模型,提出利用简单迭代法求解资源分配,并推导出简单迭代法收敛的充分条件:最后,把非线性弹性模型应用到公平共享自适应控制器。仿真实验结果表明,基于非线性弹性任务模型的资源分配算法能够获得近似公平的资源分配,并且与现有算法相比,收敛速度更快。