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诸如视频会议、IPTV等网上视频业务均采用了IP多播技术,采用UDP协议的IP多播难免会出现丢包现象,这将严重影响视频播放质量。常用的克服丢包的方法有ARQ、数据轮询和纠删码。ARQ常用于单播中,由于可扩展性差和延时大并不适于视频多播;数据轮询是重复地、循环地发送同一个文件,也不适合视频多播。常用的纠删码如简单的异或码、RS类纠删码和Tornado码等由于可扩展性差等原因修复能力有限。而数字喷泉码是一种灵活的、可扩展的无率码,Raptor码作为数字喷泉码的第二种有效实现已经被纳入到3GPP、IETF和DVB等标准中,因此本文将Raptor码应用于视频多播。
本文首先说明了视频多播的不可靠性,列举了常用的保证可靠性的方法并分析了其优缺点,指出数字喷泉码由于可扩展性适合多播环境。之后全面回顾了常用的纠删码,分析说明了它们的性能和不足。系统地介绍了喷泉码的发展:从数字喷泉概念的提出,到第一类具体的喷泉码——LT码,再到更有效的喷泉码--Raptor码,最后根据喷泉码的性能,列举了其适合的应用场合。
论文接着详细分析了RFC5053中一类具体的Raptor码的编译码原理,选取合适的参数,用C语言实现了其编译码,并完成了编译码算法的移植,整个视频传输系统运行良好,能有效克服视频丢包,显著改善视频播放质量。
最后论文着重阐述了Raptor码的3种译码算法:置信传播法(BP法)、简单高斯消去法和优化高斯消去法,给出了3种算法的实现流程,分析了它们的译码复杂度和译码开销,并用C语言实现了简单高斯消去法和优化高斯消去法,给出了两种译码算法的耗时对照表。最终得出结论:置信传播法译码速度快,但开销大,且译码开销随着源块尺寸的减小而增大,因此置信传播法适合大块、实时性要求不高的场所,比如文件传输。而简单高斯消去法和优化高斯消去法虽然译码速度稍慢,但译码开销小,适合视频多播这种实时性要求高、块小的场所,其中优化高斯消去法的译码时间仅是简单高斯消去法的一半。