автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка элементов технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети АТМ

На правах рукописи

АРСЛАНОВ Валерий Фаритович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ ПО СЕТИ ATM

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

\

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Н.И. Лычагин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Г.Г. Яновский

кандидат технических наук В.Н. Лукинов

Ведущая организация

ЦНИИРТК

Защита состоится « Ж » июня 2004 г. на заседании диссертационного совета К 219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186 СПб, наб. р. Мойки, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, //

кандидат технических наук, доце^ В.Х. Харитонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из характерных черт развития современной электросвязи является интеграция телекоммуникационных технологий и технологий обработки информации. Внедрение согласно единой стратегии развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации широкополосных цифровых сетей с интеграцией служб (Broadband Integrated Digital Networks, B-ISDN) позволит предоставлять пользователям сетей связи широкий спектр разнообразных услуг.

В качестве транспортного механизма сетей B-ISDN Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) рекомендовал использовать технологию асинхронного переноса (Asynchronous Transfer Mode, ATM). Сети B-ISDN, использующие в качестве транспортного механизма технологию ATM, получили название сетей ATM. Использование технологии ATM позволяет обеспечивать заданный уровень качества обслуживания (Quality of Service, QoS) различных видов трафика за счет наличия нескольких категорий обслуживания.

В настоящее время прогнозируется, что мультимедийная нагрузка будет доминирующей в общей нагрузке сетей B-ISDN, а основную составляющую мультимедийной нагрузки будут вносить услуги, связанные с передачей цифровой видеоинформации (видеоданных), такие как видеоконференции, цифровое телевидение высокой четкости (High Definition Digital Television, HDTV) и видео по запросу (Video on Demand, VoD).

Видеоконференции позволяют общающимся абонентам видеть и слышать друг друга на расстоянии, цифровое телевидение - получать и воспроизводить видеоданные с высоким качеством, видео по запросу - интерактивно получать и воспроизводить видеоданные.

Для снижения требований к ресурсам хранения и передачи при реализации этих услуг исходная видеоинформация предварительно подвергается сжатию и кодированию согласно одному из предназначенных для этого стандартов. Наиболее распространенными из имеющихся на сегодняшний день стандартов в этой области являются стандарты, разработанные экспертной группой по движущимся изображениям MPEG (Moving Picture Experts Group).

Известно, что ввиду особенностей MPEG-кодирования при обеспечении постоянного качества воспроизведения видеоинформации, включающей в себя видеосюжеты различной визуальной сложности, поток передаваемых MPEG видеоданных (MPEG видеотрафик) характеризуется высокими колебаниями скорости в пределах 1-10 Мбит/с.

Необходимость передачи подобного видеотрафика предопределяет ряд требований к характеристикам каналов передачи сети ATM и терминального оборудования, обеспечение которых существенно повышает стоимость предоставляемых на их базе услуг. Снижения стоимости услуг, достигаемого на основе снижения уровня требований, и существенного повышения эффективности использования пропускной способности каналов можно добиться с по-

мощью технологии адаптивной передачи видеоинформации, которая заключается в адаптации передаваемого видеотрафика к характеристикам сети передачи и терминального оборудования.

Одним из основных элементов этой технологии является адаптивное «сглаживание» MPEG видеотрафика, заключающееся в уменьшении колебаний его скорости с учетом характеристик сети передачи и терминального оборудования. При этом обеспечивается снижение уровня требований к ним наряду с повышением эффективности использования пропускной способности канала.

Необходимость адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика в условиях ограничений, определяемых характеристиками терминального оборудования и канала передачи видеоданных, требует разработки алгоритмов адаптивного сглаживания как базовых элементов реализации технологии адаптивной передачи видеоинформации по сетям ATM.

В последнее десятилетие вопросы, связанные с передачей видеоинформации в сетях ATM, рассматривались в работах Б.С. Гольдштейна, Я.С. Ды-марского, С.А. Курицына, Н.И. Лычагина, Г.Г. Яновского, W. Feng, J. MacManus, J. Salehi, С. Tryfonas, J. Zhang и ряда других авторов. Анализ опубликованных результатов исследований показывает, что в этих работах недостаточное внимание было уделено рассмотрению вопросов разработки элементов технологии адаптивной передачи видеоинформации, которые позволяли бы полнее учитывать ряд характеристик сети передачи и терминального оборудования (значение доступной пропускной способности канала, размер буфера получателя, величина задержки воспроизведения, объем доступных видеоданных).

Принимая во внимание возрастающую долю MPEG видеотрафика в общей нагрузке сетей B-ISDN и необходимость уменьшения стоимости соответствующих услуг, задача исследования и разработки элементов технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети ATM, позволяющих повысить эффективность использования пропускной способности каналов сети ATM, является актуальной.

Объект исследования. Объектом исследования диссертационной работы является процесс передачи видеоинформации по сети ATM.

Предмет исследования. Предметом исследования диссертационной работы является технология адаптивной передачи MPEG видеоинформации по сети ATM.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности использования пропускной способности каналов сети ATM на основе разработки и применения элементов технологии адаптивной передачи видеоинформации.

Поставленная цель диссертационной работы достигается путем решения следующих основных задач:

1. Анализ процессов передачи MPEG видеоданных по сети ATM и управления скоростью MPEG видеотрафика.

2. Разработка алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика, основанных на адаптации структуры видеотрафика и его сглаживании и обеспечивающих уменьшение требований к пропускной способности канала и повышение эффективности ее использования.

3. Исследование статистических характеристик сглаженного видеотрафика, разработка модели его источника и процесса его обслуживания в узле сети ATM.

4. Разработка алгоритма определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

5. Оценка адекватности и эффективности разработанных алгоритмов.

Методы исследования. При проведении исследований в диссертационной работе использовались методы общей теории связи, теории телетрафика, теории случайных процессов, теории вероятностей, математической статистики, теории массового обслуживания и вычислительной геометрии.

При анализе структурных особенностей MPEG видеотрафика использовались кодеры и декодеры Elecard 2.0 и анализаторы видеотрафика UMA.2000. Реализация алгоритмов сглаживания произведена на языке программирования Borland C++ Builder 5.0. Для моделирования процесса передачи сглаженного видеотрафика использован пакет SLAM II с реализацией части функций на языке программирования Borland C++ Builder 5.0. Часть численных расчетов, связанных с обработкой матриц, проведены в пакете MathCAD 2001 Professional. Анализ полученных результатов проводился в пакете STATISTICA 6.0.

Основные результаты работы и их новизна. Основными результатами работы являются разработанные алгоритмы адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика и алгоритм определения необходимой пропускной способности для передачи сглаженного видеотрафика.

Новизна предложенных алгоритмов адаптивного сглаживания определяется использованием при адаптивном сглаживании MPEG видеотрафика новых принципов - «макрокадров», «отклонения от середины тоннеля» и «дальнего взгляда», а также возможностью учета ряда параметров видеосистемы. В отличие от известных алгоритмов, разработанные алгоритмы позволяют учитывать не только размер и заполненность буфера получателя, но и объем доступных отправителю видеоданных, их структуру, а также доступную пропускную способность канала передачи, обеспечивая выполнение современных требований по эффективному использованию пропускной способности каналов и уменьшению стоимости передачи.

Новизна разработанного алгоритма определения пропускной способности, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, заключается в использовании детерминированных процессов с дискретным временем, моду-

лированных цепью Маркова, для моделирования источника сглаженного видеотрафика и процесса его обслуживания.

Теоретическая значимость результатов исследований. Использование аппарата вычислительной геометрии в алгоритмах адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика позволило формализовать ряд свойств и особенностей сглаживания, ускоряющих его проведение. Используемый подход к моделированию сглаженного видеотрафика с помощью мини-источников может быть предложен в качестве основного при построении других моделей видеотрафика. Разработанные элементы технологии адаптивной передачи видеоинформации являются расширением и дополнением к теории передачи информации в сетях ATM.

Практическая ценность результатов исследований. Результаты работы могут применяться при создании мультимедиа систем, использующих в качестве транспортных сети ATM, в особенности при проектировании и разработке систем критичных к стоимости предоставляемых услуг.

Разработанные алгоритмы адаптивного сглаживания могут быть применены при реализации услуг, связанных с передачей MPEG видеоданных в условиях ограниченной и непостоянной пропускной способности каналов передачи сети ATM.

Алгоритм определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, может быть использован для определения минимальной пропускной способности каналов передачи, необходимой для воспроизведения MPEG видеоданных в системах типа «видео по запросу» с минимальным качеством.

Реализация результатов работы. Результаты работы реализованы в ФГУП «НИИ «РУБИН» (Санкт-Петербург) в ОКР «Система ATM», «Основание» и «Интеграл ATM», выполняемых в рамках Федеральных целевых программ.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на следующих научно-технических конференциях:

1. VIII Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика - 2002 (РИ-2002)», Санкт-Петербург, 26-28 ноября 2002 г.

2. Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в авиации - 2003 (ITA-2003)», г. Харьков, 29-30 октября 2003 г.

3.И Международная конференция «Экономика и инфокоммуникации в XXI веке», Санкт-Петербург, 24-29 ноября 2003 г.

4. III Межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России - 2003 (ИБРР-2003)», Санкт-Петербург, 25-27 ноября 2003 г.

5. III Российская научно-техническая конференция «Новые информационные технологии в системах связи и управления», г. Калуга, 21-22 апреля 2004 г.

6. 54, 55, 56-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, Санкт-Петербург, 2002-2004 гг.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах.

Основные положения, выносимые на защиту:

- алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «макрокадров»;

- алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «середины тоннеля»;

- алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «дальнего взгляда»;

- модель источника сглаженного видеотрафика и его обслуживания;

- алгоритм определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Работа содержит 143 страницы машинописного текста, включая 60 рисунков. Список литературы содержит 125 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели работы и задачи исследований, перечислены использованные методы исследований, приведены основные полученные результаты, раскрыта их новизна и практическая ценность, показаны возможные области их применений. Перечислены основные положения, выносимые на защиту, приведен список публикаций и сведения об апробации результатов работы.

В первой главе проведен анализ особенностей передачи MPEG видеоданных по сети ATM, процессов сглаживания и адаптации структуры MPEG видеотрафика с целью управления его скоростью, обоснованы задачи исследования.

Известно, что в основе передаваемых MPEG видеоданных лежит последовательность кадров трех типов: 1,Р и В, обладающих различной визуальной значимостью и размерами. Необходимость обеспечения постоянного качества воспроизводимого видеоизображения ведет к тому, что размеры как однотипных, так и разнотипных кадров в последовательности различаются и MPEG видеотрафик, передаваемый в реальном масштабе времени, характеризуется значительными колебаниями скорости в пределах 1-10 Мбит/с.

Такие колебания скорости видеотрафика затрудняют эффективное использование пропускной способности каналов передачи и предопределяют повышение стоимости предоставляемых услуг. Существенное повышение эффективности использования пропускной способности каналов может быть получено при внедрении технологии адаптивной передачи видеоинформации, которая заключается в адаптации передаваемого видеотрафика к характеристикам сети передачи и терминального оборудования.

Базовым элементом этой технологии является адаптивное «сглаживание» MPEG видеотрафика, обеспечивающее уменьшение колебаний его скорости с учетом характеристик сети передачи и терминального оборудования и заключающееся в управлении скоростью видеотрафика на основе совместного использования традиционных подходов к сглаживанию с подходами, основанными на изменении (адаптации) структуры передаваемого видеотрафика.

Из числа традиционных для сглаживания MPEG видеотрафика могут быть использованы различные подходы, основными из которых являются временное мультиплексирование, статистическое мультиплексирование (агрегирование) и упреждающее направление части видеоданных в буфер получателя для последующего воспроизведения. Последний из подходов является, как правило, одним из наиболее выгодных вследствие существенно большего объема и меньшей стоимости буферов получателя по сравнению с буферами сетевых устройств.

При использовании этого подхода части кадров, превышающие размер, определяемый пропускной способностью канала, должны быть переданы заранее, чтобы к моменту начала своего воспроизведения уже находиться в буфере получателя (рис. 1).

Рис. 1. Принцип упреждающего Рис. 2. Построение графика

направления кадров видеоданных передачи видеоданных

Требование непрерывности воспроизведения видеоданных получателем, выполняемое при отсутствии переполнения и опорожнения буфера получателя, отражается в необходимости прохождении графика зависимости объема переданных видеоданных от времени (далее - графика передачи видеоданных) внутри «тоннеля» Т, стенки которого определяют условия переполнения (F„epX(i)) и опорожн е^и^бу ф е р а получателя (рис. 2). Требование уменьшения колебаний скорости видеотрафика отражается в обеспечении кусочно-линейного вида графика передачи видеоданных V(t), звенья которого соответствуют периодам времени с постоянной скоростью передачи видеоданных, а вершины - моментам ее изменения.

Основными подходами, используемыми для адаптации структуры MPEG видеотрафика, являются изменение разрешения и цветности передаваемого

видеоизображения, а также регулирование частоты кадров. Наиболее универсальным подходом, реализуемым как кодерами, так и видеосерверами, является регулирование частоты кадров передаваемого видеоизображения, производимое отбрасыванием части кадров из передаваемого потока.

Отбрасывание кадров из передаваемого потока ведет к ухудшению качества воспроизводимого видеоизображения. Степень ухудшения качества различна и зависит как от типа отброшенного кадра, так и от его положения в потоке кадров. Для обеспечения плавности изменения качества видеоизображения и повышения эффективности отбрасывания кадров адаптацию структуры MPEG видеотрафика предлагается производить на основе использования различных уровней адаптации, соответствующих определенной маске отброса кадров и получаемой в результате ее использования частоте следования кадров в потоке (см. таблицу).

Уровни адаптации структуры MPEG видеотрафика

Уровень Маска Частота кадров, Межкадровый

адаптации Q отброса кадров кадр./с интервал (шах), мс

0 IBBPBBPBBPBB 30.0 33.33

1 IBBPB РВВРВВ 27.5 66.67

2 IBBPB РВВРВ 25.0 66.67

3 IBBPB РВ РВ 22.5 66.67

4 IB РВ РВ РВ 20.0 66.67

5 IB РВ Р РВ 17.5 100.00

6 IB Р РВ Р 15.0 100.00

7 I Р Р РВ 12.5 100.00

8 I р р р 10.0 100.00

Проведение адаптации структуры MPEG видеотрафика изменяет форму тоннеля, определяющего границы переполнения и опорожнения буфера получателя, делая его «гибким» (рис. 3).

1 Уровень адаптации 0

Уровень адаптации 3

Уровень адаптации 6 у*-

K,J')

Время

Время

Рис. 3. «Гибкость» тоннеля Рис. 4. «Видимость» тоннеля.

Таким образом, задача адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика сводится к задаче построения кусочно-линейного графика передачи видео-

данных V(t) внутри гибкого тоннеля Т и определению на его основе «плана передачи видеоданных» R - матрицы, содержащей информацию о динамике изменения скорости видеотрафика и используемого при этом уровня адаптации его структуры.

Вторая глава посвящена разработке алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика, основанных на использовании адаптации структуры и сглаживании MPEG видеотрафика и обеспечивающих уменьшение требований к пропускной способности канала наряду с повышением эффективности ее использования.

Способ построения графика передачи видеоданных V(t) в тоннеле, определяющий способ организации адаптивного сглаживания, существенно зависит от размера его «видимой» с линии старта части (уровня видимости), отражающего объем доступных отправителю видеоданных (рис. 4).

Поэтому разработку алгоритмов адаптивного сглаживания предлагается провести с использованием различных принципов построения графика передачи видеоданных V(f) в зависимости от уровня видимости тоннеля:

- принцип «макрокадров» - для малой видимости тоннеля;

- принцип «отклонения от середины тоннеля» - для средней видимости;

- принцип «дальнего взгляда» - для полной видимости тоннеля.

Исходными данными для всех алгоритмов является последовательность

размеров кадров fh где i - номер кадра, размер буфера получателя В, определяющий высоту тоннеля, используемые уровни адаптации Q согласно таблице, общее количество кадров M, длительность передачи порции видеоданных w и доступная пропускная способность канала С.

Результатом реализации алгоритмов адаптивного сглаживания является матрица R {t, г, Q, D} (план передачи видеоданных), получаемая при определении методами вычислительной геометрии положения графика передачи видеоданных V(t) в гибком тоннеле и содержащая моменты времени tp, соответствующие началу передачи i-й порции видеоданных, скорости ri; и уровни адаптации Qh а также значение задержки воспроизведения D.

В основу алгоритма адаптивного сглаживания по принципу «макрокадров» (рис. 5) положено использование периодической структуры последовательности кадров MPEG видеотрафика, состоящей из групп GoP (Group of Picture). Из кадров, принадлежащих одной GoP, формируются макрокадры, каждый из которых передается получателю видеоданных с постоянной скоростью в течение длительности воспроизведения им предыдущего макрокадра (блоки 5, 8, 10, 13). Подобная схема передачи видеоданных позволяет обеспечить наличие в буфере получателя всех кадров, принадлежащих одной GoP, к началу ее воспроизведения. В этом случае значение задержки воспроизведения D равняется длительности передачи одной порции видеоданных w, равной длительности воспроизведения одной группы кадров, а размер буфера получателя В - максимальному размеру макрокадра.

В случае, если значение пропускной способности канала С недостаточно для передачи текущего макрокадра в течение длительности одной группы кадров, производятся перестроение тоннеля Ти адаптация структуры макрокадра согласно уровням, приведенным в таблице, до тех пор, пока значение С не станет достаточным для его передачи (блоки 6, 7, 9, 11). Передача видеоданных производится в соответствии с получаемым планом Я (блоки 10,12,13).

Рис. 5. Алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «макрокадров»

Алгоритм адаптивного сглаживания по принципу «отклонения от середины тоннеля» (рис. 6) использует для построения плана передачи R большее количество видеоданных, чем алгоритм по принципу «макрокадров», что позволяет достигать большей эффективности использования пропускной способности канала.

Передача видеоданных согласно алгоритму производится порциями фиксированной длительности В процессе построения графика передачи видеоданных У(() в тоннеле определяются границы скорости передачи порции видеоданных г, „их и г1тш, позволяющие исключить переполнение или опорожнение буфера получателя в течение длительности ее передачи щ и обеспечить возможность передачи следующей порции видеоданных с постоянной скоростью (блок 4).

"/,0 «-'„ К,] «-1,

Рис. 6. Алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «отклонения от середины тоннеля»

Скорость передачи каждой порции видеоданных г, выбирается равной скорости передачи предыдущей порции что позволяет уменьшить общее

количество изменений скорости видеотрафика. В случае если значение выбранной таким образом скорости выходит за границы, определенные в блоке 4, значение г( выбирается на основе отклонения от средней между Г/ шах и Г1 тю> определяемого с помощью коэффициента который выбирается исходя из наибольшего приближения г( к средней скорости передачи видеоданных (принцип «отклонения от середины тоннеля») (блок 5).

Задержка воспроизведения Б определяется из условия сохранения постоянной скорости передачи первой порции (блоки 7, 8). Адаптация структуры порций видеоданных производится аналогично алгоритму по принципу «макрокадров» (блоки 6, 9, 11, 13). Передача видеоданных осуществляется согласно получаемому плану Я (блоки 12, 14,15).

Алгоритм адаптивного сглаживания по принципу «дальнего взгляда» (рис. 7) использует при построении плана передачи видеоданных Я весь тоннель, позволяя добиваться наибольшей эффективности использования пропускной способности канала.

С целью снижения требований к пропускной способности канала и повышения коэффициента его использования, а также для обеспечения плавности изменения качества видеоизображения построение графика передачи видеоданных У($ производится исходя из следующих требований к его виду:

- количество линейных участков (звеньев), составляющих график передачи У((), должно быть минимально возможным в данном тоннеле;

- звено, обладающее максимальным наклоном среди всех звеньев, составляющих У((), должно иметь минимальный наклон среди аналогичных звеньев любых других графиков передачи, возможных в данном тоннеле;

- звено, обладающее минимальным наклоном среди всех звеньев, составляющих Vдолжно иметь максимальный наклон среди аналогичных звеньев любых других графиков передачи, возможных в данном тоннеле.

Для выполнения этих требований построение графика передачи видеоданных внутри тоннеля начинается со «стартового отрезка взгляда» (отрезок [£><(0,0) -1 £о(0,Я)] блок 1). Цутем перемещения вдоль отрезка [О0 -1 £о], из «точек взгляда» Р\, ... , выбирается «точка дальнего взгляда» Рр позволяющая «заглянуть» в тоннель на наибольшее расстояние (блоки 4, 5). Соответствующая линия взгляда у1; проведенная из точки Р1 («линия дальнего взгляда»), определяет положение нового отрезка взгляда \Е> 1 -I £[], образуемого самой дальней видимой из точки дальнего взгляда Р\ точкой Е\, расположенной на одной из стенок тоннеля, и ближайшей к ней точкой касания линией дальнего взгляда стенки тоннеля (блок 10). Дальнейшее построение производится аналогичным образом (блоки 4, 5, 6, 10) и заканчивается при достижении точкой £/ «линии финиша» О (блок 12).

Для ускорения процедуры поиска точек дальнего взгляда Р,- из точек взгляда используется метод бинарного поиска. Скорость

видеотрафика гь соответствующая линии дальнего взгляда V-,, определяется ее наклоном 5 (блок 7).

Рис. 7. Алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «дальнего взгляда»

В случае если значение пропускной способности канала С недостаточно для передачи видеотрафика со скоростью г,, производятся перестроение тоннеля Т и адаптация структуры видеотрафика до тех пор, пока значение С не станет достаточным для его передачи (блоки 8, 9, 11, 13). Величина задержки

воспроизведения D определяется начальной скоростью видеотрафика r (блоки 14, 16). Передача видеоданных производится согласно получаемому плану R (блок 18).

Третья глава посвящена разработке алгоритма определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

Пропускная способность, требуемая для передачи видеотрафика, сглаженного по принципам «отклонения от середины тоннеля» и «дальнего взгляда», определяется его максимальной скоростью, так как этот видеотрафик характеризуется существенно более длительными участками с постоянной скоростью, чем видеотрафик, сглаженный по принципу «макрокадров».

Значение пропускной способности, требуемое для передачи видеотрафика, сглаженного по принципу «макрокадров», за счет использования емкости буферов узлов сети ATM может быть выбрано ниже значения, соответствующего максимальной скорости видеотрафика. Поэтому является актуальной разработка алгоритма определения пропускной способности только для видеотрафика, сглаженного по принципу «макрокадров».

В основе алгоритма лежит использование модели источника сглаженного видеотрафика и процесса его обслуживания в узле сети ATM. Узел сети ATM представляется буферным накопителем емкостью К, обслуживаемым с постоянной скоростью Q. Уровень потерь ячеек L определяется переполнением буферного накопителя. Источник последовательности размеров макрокадров сглаженного видеотрафика представляется группой одинаковых мини-источников с двумя состояниями соответствующими низкой и

высокой скоростям генерации ячеек. Переходы между состояниями мини-источников определяются цепью Маркова. Параметрами модели являются количество мини-источников Я, вероятности переходов из состояния «SH» в состояние «SB» и наоборот а и |3 соответственно, а также значения низкой и высокой скоростей генерации ячеек SH и SB (рис. 8).

Источник

Буфер Обслуживающее

устройство

-дипН^)-.

Рис. 8. Модель источника сглаженного видеотрафика и процесса его обслуживания Значения параметров модели источника определяются на основе статических характеристик последовательности размеров макрокадров сглаженного видеотрафика:

JA-цХц-У) д(ц-У) д(А-ц) =

J * А Г7 * " A T7 ' В

Да

Д-V

Va

о- Д-V ' r Д-V ' "D (Д-цХц-V)' "" (Д-цХц-V)'

где A,V, Ц — максимальный, минимальный и средний размер макрокадра; о — среднеквадратическое отклонение размера макрокадра; а — параметр функции E(w) = (l - a)4', аппроксимирующей исходную функцию автокорреляции последовательности размеров макрокадров.

Для получения указанных статистических характеристик проведено адаптивное сглаживание по принципу «макрокадров» и статистическая обработка полученных при этом результатов для ряда известных реальных последовательностей размеров кадров видеоданных.

Генерируемая с помощью предложенной модели источника последовательность является одной из реализаций детерминированного процесса, модулированного цепью Маркова (Markov Modulated Deterministic Process, MMDP), и поэтому процесс обслуживания сглаженного видеотрафика можно рассматривать, используя систему массового обслуживания вида MMDP/D/1/K.

На основе анализа функционирования системы для определения значения пропускной способности, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика и обеспечивающей заданный уровень потерь ячеек, получено следующее выражение:

Обобщенный алгоритм оценки пропускной способности, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, представлен на рис. 9.

Рис. 9. Алгоритм определения пропускной способности для передачи сглаженного видеотрафика

Разработанный алгоритм позволяет получать искомое значение пропускной способности канала, требуемое для передачи сглаженного MPEG видеотрафика, без проведения имитационного моделирования процесса передачи.

Четвертая глава посвящена оценке адекватности и эффективности разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания и определения пропускной способности канала. Оценка проводилась с применением реальных последовательностей размеров кадров видеофильмов, использованных ранее рядом исследователей при решении различных задач, связанных с передачей MPEG видеотрафика.

Реализация разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания показала, что данные алгоритмы обеспечивают выполнение основных задач сглаживания: отсутствие переполнения и опорожнения буфера получателя в процессе передачи MPEG видеоданных, уменьшение уровня колебаний скорости видеотрафика и повышение эффективности использования пропускной способности канала, что позволило сделать вывод об адекватности разработанных алгоритмов. Значения коэффициентов использования пропускной способности канала, полученные при применении разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания по принципам «макрокадров», «отклонения от середины тоннеля» и «дальнего взгляда», в среднем на 24.2, 30.6 и 30.1% соответственно превысили значения коэффициентов, полученные при реализации других известных алгоритмов сглаживания, использующих для проведения сглаживания аналогичные объемы видеоданных. Требования к пропускной способности каналов при этом уменьшились в среднем на 19.6, 9.6 и 8.1% соответственно, что свидетельствует об эффективности предложенных алгоритмов.

Для оценки адекватности и эффективности разработанного алгоритма определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, значения пропускной способности, полученные с его помощью, наряду со значениями, полученными с помощью двух других известных алгоритмов оценки пропускной способности (основанных на «эффективном» назначении пропускной способности и на аппроксимации гистограммы размеров кадров нормальным распределением), были сравнены с экспериментально полученными значениями.

Значения пропускной способности, полученные с помощью разработанного алгоритма, лишь незначительно отличаются от экспериментально полученных данных и точнее значений, полученных при использовании двух других указанных алгоритмов, в среднем на 12.3% и 41.3% соответственно, что свидетельствует об адекватности и эффективности разработанного алгоритма определения пропускной способности, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

В приложениях рассмотрены особенности MPEG видеоданных и их передачи по сети ATM, а также приведены акты о внедрении результатов работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проведенных в диссертационной работе исследований получены следующие основные результаты:

1. Существенное повышение эффективности использования пропускной способности каналов сети ATM и снижение стоимости предоставляемых услуг может быть достигнуто при применении технологии адаптивной передачи видеоинформации, обеспечивающей адаптацию передаваемого видеотрафика к характеристикам сети передачи и терминального оборудования.

2. Базовыми элементами технологии адаптивной передачи являются алгоритмы адаптивного сглаживания, сочетающие в себе адаптацию структуры видеотрафика и его сглаживание, и алгоритм определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

3. Адаптивное сглаживание MPEG видеотрафика обеспечивается при передаче видеоданных в соответствии с планом передачи, получаемым путем построения графика передачи видеоданных внутри «тоннеля», гарантирующего исключение переполнения или опорожнения буфера получателя и обладающего «гибкостью» и различной «глубиной видимости», отражающими соответственно адаптацию структуры видеотрафика и объем доступных отправителю видеоданных.

4. Разработанные алгоритмы адаптивного сглаживания по принципу «макрокадров», «отклонения от середины тоннеля» и «дальнего взгляда», сочетая адаптацию структуры видеотрафика и его сглаживание, позволяют уменьшить колебания скорости видеотрафика и повысить эффективность использования пропускной способности канала на основе учета доступной пропускной способности, размера и заполненности буфера получателя, объема и структуры доступных отправителю видеоданных.

5. В основе алгоритма определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, используется модель источника сглаженного MPEG видеотрафика и процесса его обслуживания в узле сети ATM. Источник сглаженного видеотрафика описывается группой одинаковых мини-источников с двумя состояниями, соответствующими высокой и низкой скоростям генерации ячеек, а процесс его обслуживания - системой массового обслуживания вида MMDP/D/1/K. Для определения требуемой пропускной способности канала предложено выражение, полученное на основе анализа функционирования системы MMDP/D/1/K.

6. Проведенная оценка показала адекватность и высокую эффективность разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика и определения требуемой для его передачи пропускной способности канала.

7. Направлением дальнейших исследований в области технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети ATM может быть развитие и разработка алгоритмов адаптивного сглаживания за счет использования других подходов к адаптации структуры видеотрафика и его сглаживанию, а также за счет увеличения количества учитываемых при этом характеристик сети передачи и терминального оборудования.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1.Арсланов В.Ф. Алгоритм сглаживания трафика видеоинформации для передачи в сети ATM с сервисом ABR // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2003. №169. С. 31-44.

2. Арсланов В.Ф. Методика расчета параметров сервиса ATM ABR для передачи сглаженного трафика видеоинформации в системе видео по запросу // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2003. Вып.З. С. 85-90.

3. Арсланов В.Ф., Медников Ю.В. Проектирование терминального оборудования для мультисервисных сетей связи // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2002. №168. С. 188-199.

4. Арсланов В.Ф. и др. Многоуровневая статистическая модель передачи VBR MPEG трафика по сети ATM // Перспективы развития российской экономики: межвуз. сб. науч. тр. СПб, 2002. Вып. 4. С. 674-677.

5. Арсланов В.Ф. и др. Модель трафика для видеоконференций // Перспективы развития российской экономики: межвуз. сб. науч. тр. СПб, 2002. Вып. 4. С. 656-658.

6. Арсланов В.Ф. Метод адаптивной передачи MPEG видеоинформации по сети ATM // 56 НТК профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов: тез. докл. / СПбГУТ. СПб, 2004. С. 13.

7. Арсланов В.Ф. и др. Анализ технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети ATM // Ш Российская НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления», г. Калуга, 20-22 апр. 2004 г.: мат-лы / КНИИТМУ. Калуга, 2004. Ч. 1. С. 122-124.

8. Арсланов В.Ф. Разработка алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика для передачи по сети ATM // Ш Российская НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления», г. Калуга, 2022 апр. 2004 г.: мат-лы / КНИИТМУ. Калуга, 2004. Ч. 1. С. 125-127.

9. Арсланов В.Ф. и др. Моделирование передачи закодированной видеоинформации в сети ATM // Ш Межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2003)», Санкт-Петербург, 2527 нояб.: мат-лы / СПОИСУ. СПб, 2003.Ч.1. С. 132.

10. Арсланов В.Ф. и др. Анализ задержек информации при различных способах реализации видеосвязи // УТЛ Международная конференция «Региональная информатика-2002», Санкт-Петербург, 26-28 нояб.: мат-лы / СПОИСУ. СПб, 2002.Ч.1. С. 60.

11. Арсланов В.Ф. и др. Анализ размера буфера компенсации в системах видеосвязи // VIII Международная конференция «Региональная информатика-2002», Санкт-Петербург, 26-28 нояб.: мат-лы / СПОИСУ. СПб, 2002.Ч.1. С. 80.

Подписано к печати 16.04.2004.

_Объем 1 печ. л. Тираж 90 экз._

Тип. СПбГУТ. 191186 СПб, наб. р. Мойки, 61

»11312

Введение.

Глава 1 Обоснование необходимости разработки технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети ATM.

1.1 Особенности передачи MPEG видеоданных по сети ATM.

1.2 Сглаживание MPEG видеотрафика.

1.3 Краткий обзор основных алгоритмов сглаживания, использующих буфер получателя.

1.4 Адаптация структуры MPEG видеотрафика.

1.5 Задачи диссертационного исследования.

Выводы.

Глава 2 Разработка алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика, обеспечивающих повышение эффективности использования пропускной способности канала.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Разработка алгоритма адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «макрокадров».

2.3 Разработка алгоритма адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «отклонения от середины тоннеля».

2.4 Разработка алгоритма адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «дальнего взгляда».

Выводы.

Глава 3 Разработка алгоритма определения пропускной способности канала сети ATM, требуемой для передачи сглаженного MPEG видеотрафика.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Исследование статистических характеристик сглаженного

MPEG видеотрафика.

3.3 Выбор принципа построения модели источника сглаженного видеотрафика.

3.4 Разработка модели источника сглаженного MPEG видеотрафика.

3.5 Разработка модели обслуживания сглаженного видеотрафика в узле сети ATM.

3.6 Алгоритм определения требуемой пропускной способности канала передачи.

Выводы.

Глава 4 Оценка адекватности и эффективности разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания и определения требуемой пропускной способности канала.

4.1 Постановка задачи оценки адекватности и эффективности алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика.

4.2 Оценка адекватности алгоритмов адаптивного сглаживания.

4.3 Оценка эффективности алгоритмов адаптивного сглаживания.

4.4 Постановка задачи оценки адекватности и эффективности алгоритма определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

4.5 Оценка адекватности и эффективности алгоритма определения требуемой пропускной способности канала.

Выводы.

Актуальность темы. Одной из характерных черт развития современной электросвязи является интеграция телекоммуникационных технологий и технологий обработки информации. Внедрение согласно единой стратегии развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации широкополосных цифровых сетей с интеграцией служб (Broadband Integrated Digital Networks, B-ISDN) позволит предоставлять пользователям сетей связи широкий спектр разнообразных услуг [1].

В качестве транспортного механизма сетей B-ISDN Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) рекомендовал использовать технологию асинхронного переноса (Asynchronous Transfer Mode, ATM). Сети B-ISDN, использующие в качестве транспортного механизма технологию ATM, получили название сетей ATM. Использование технологии ATM позволяет обеспечивать заданный уровень качества обслуживания (Quality of Service, QoS) различных видов трафика за счет наличия нескольких категорий обслуживания.

В настоящее время прогнозируется, что мультимедийная нагрузка будет доминирующей в общей нагрузке сетей B-ISDN, а основную составляющую мультимедийной нагрузки будут вносить услуги, связанные с передачей цифровой видеоинформации (видеоданных), такие как видеоконференции, цифровое телевидение высокой четкости (High Definition Digital Television, HDTV) и видео по запросу (Video on Demand, VoD) [13]. Видеоконференции позволяют общающимся абонентам видеть и слышать друг друга на расстоянии, цифровое телевидение - получать и воспроизводить видеоданные с высоким качеством, видео по запросу - интерактивно получать и воспроизводить видеоданные.

Для снижения требований к ресурсам хранения и передачи при реализации этих услуг исходная видеоинформация предварительно подвергается сжатию и кодированию согласно одному из предназначенных для этого стандартов. Наиболее распространенными из имеющихся на сегодняшний день стандартов в этой области являются стандарты, разработанные экспертной группой по движущимся изображениям MPEG (Moving Picture Experts Group). Основной особенностью при компрессии и кодировании видеоинформации согласно этим стандартам является образование в результате кодирования последовательности кадров различной визуальной значимости и размеров (далее - элементарной последовательности): базовых кадров (Intra frames, /-кадры), кадров однонаправленного предсказания (Predictive frames, Р-кадры) и кадров двунаправленного предсказания (Bi-directional frames, 5-кадры). Наибольшей визуальной значимостью и размерами среди всех типов кадров обладают I-кадры, сжатые независимо от других кадров. Р-кадры, создаваемые на основе предыдущего в последовательности /- или Р-кадра, обладают меньшей визуальной значимостью и размерами. 5-кадры, образуемые на основе двух ближайших I- или Р-кадров - одного предыдущего, другого - последующего в последовательности, обладают наименьшей визуальной значимостью и наименьшими размерами, что позволяет при необходимости отбрасывать их из элементарной последовательности [14]. Для хранения и передачи элементарной последовательности кадров она подвергается программной или транспортной пакетизации с образованием последовательности программных или транспортных пакетов (далее - MPEG видеоданных).

Для сохранения постоянного качества воспроизведения видеоинформации, включающей в себя видеосюжеты различной визуальной сложности, на этапе ее компрессии и кодирования требуется выделять на создание кадров, представляющих сложный видеосюжет, большее число бит, чем на создание однотипных кадров, представляющих простой видеосюжет. Поэтому размеры кадров, представляющих сложный видеосюжет, больше размеров однотипных кадров, представляющих простой.

Ввиду различий в размерах как между однотипными (из-за различий в сложности видеосюжетов), так и между разнотипными (из-за особенностей кодирования) кадрами в элементарной последовательности поток MPEG видеоданных (далее MPEG видеотрафик), передаваемый в реальном масштабе времени, характеризуется значительными колебаниями скорости в пределах 1-10 Мбит/с [15].

При передаче такого MPEG видеотрафика по каналам с постоянной пропускной способностью их коэффициент использования является весьма низким [16]. В коммерческих сетях, где стоимость аренды каналов зависит от их пропускной способности, низкий коэффициент использования канала ведет к повышению стоимости предоставляемых на его базе услуг, что ограничивает их распространение среди пользователей.

Существенного повышения эффективности использования пропускной способности каналов передачи можно добиться с помощью технологии адаптивной передачи видеоинформации, которая заключается в адаптации передаваемого видеотрафика к характеристикам сети передачи и терминального оборудования [2].

Одним из основных элементов этой технологии является адаптивное «сглаживание» MPEG видеотрафика обеспечивающее уменьшении колебаний его скорости с учетом характеристик сети передачи и терминального оборудования и заключающееся в управлении скоростью видеотрафика на основе совместного использования традиционных подходов к сглаживанию с подходами, основанными на изменении (адаптации) структуры передаваемого видеотрафика [3-5].

Из числа традиционных для сглаживания MPEG видеотрафика могут быть использованы различные подходы, основными из которых являются [17,18]:

- временное мультиплексирование;

- статистическое мультиплексирование (агрегирование);

- упреждающее направление части видеоданных в буфер получателя для последующего воспроизведения.

Временное мультиплексирование реализуется путем введения буферного устройства на пути видеотрафика. При агрегировании уменьшение колебаний скорости достигается за счет одновременной передачи нескольких видеотрафиков [19]. При упреждающем направлении части видеоданных в буфер получателя уменьшение колебаний скорости достигается за счет передачи части больших по размеру кадров видеоданных в период передачи меньших. Этот подход является, как правило, одним из наиболее выгодных вследствие существенно большего объема и меньшей стоимости буферов получателя по сравнению с буферами сетевых устройств. Однако для проведения эффективного сглаживания с использованием существующих алгоритмов сглаживания, основанных на использовании этого подхода, как правило, требуются большие значения емкости буфера получателя и допустимой задержки воспроизведения [20]. При использовании буферов небольшой емкости и небольших задержках воспроизведения сглаженный видеотрафик сохраняет высокие колебания скорости, а при введении дополнительных ограничений на доступную пропускную способность канала большинство существующих алгоритмов сглаживания вообще не в состоянии обеспечить получателю видеоинформации требуемый им уровень качества обслуживания.

Основными подходами, используемыми для адаптации структуры MPEG видеотрафика, являются изменение разрешения и цветности передаваемого видеоизображения, а также регулирование частоты кадров. Изменение разрешения и цветности передаваемого видеоизображения достигается воздействием на процесс его кодирования. Наиболее универсальным подходом, реализуемым как кодерами, так и видеосерверами, является регулирование частоты кадров передаваемого видеоизображения, производимое отбрасыванием части кадров из передаваемого потока.

Необходимость адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика в условиях ограничений, определяемых характеристиками получателя и канала передачи видеоданных, требует разработки новых алгоритмов адаптивного сглаживания как базовых элементов реализации технологии адаптивной передачи видеоинформации по сетям ATM.

В последнее десятилетие вопросы, связанные с передачей видеоинформации в сетях ATM, рассматривались в работах Б.С. Гольдштейна, Я.С. Дымарского, С.А. Курицына, Н.И. Лычагина, Г.Г. Яновского, W. Feng, J. MacManus, J. Salehi, С. Tryfonas, J. Zhang [6-10, 20-24] и ряда других авторов. Анализ опубликованных результатов исследований показывает, что в этих работах недостаточное внимание было уделено рассмотрению вопросов разработки элементов технологии адаптивной передачи видеоинформации, которые позволяли бы полнее учитывать ряд характеристик получателя и сети передачи видеоданных (значение доступной пропускной способности канала, размер буфера получателя, величина задержки воспроизведения, объем доступных видеосерверу данных).

Принимая во внимание все возрастающую долю MPEG видеотрафика в общей нагрузке сетей B-ISDN и необходимость уменьшения стоимости соответствующих услуг, задача исследования и разработки элементов технологии адаптивной передачи видеоинформации по сетям ATM является актуальной.

Объект исследования. Объектом исследования диссертационной работы является процесс передачи видеоинформации по сети ATM.

Предмет исследования. Предметом исследования диссертационной работы является технология адаптивной передачи MPEG видеоинформации по сети ATM.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности использования пропускной способности каналов сети ATM на основе разработки и применения элементов технологии адаптивной передачи видеоинформации.

Поставленная цель диссертационной работы достигается путем решения следующих основных задач:

1. Анализ процесса передачи MPEG видеоданных по сети ATM и управления скоростью MPEG видеотрафика.

2. Разработка алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика, основанных на адаптации структуры видеотрафика и его сглаживании и обеспечивающих уменьшение требований к пропускной способности канала и повышение эффективности ее использования.

3. Исследование статистических характеристик сглаженного видеотрафика, разработка модели его источника и процесса его обслуживания в узле сети ATM.

4. Разработка алгоритма определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

5. Оценка адекватности и эффективности разработанных алгоритмов.

Методы исследования. При проведении исследований в диссертационной работе используются методы общей теории связи, теории телетрафика, теории случайных процессов, теории вероятностей, математической статистики, теории массового обслуживания и вычислительной геометрии.

При анализе структурных особенностей MPEG видеотрафика использовались кодеры и декодеры Elecard 2.0 [25] и анализаторы видеотрафика UMA.2000 [26]. Реализация алгоритмов сглаживания произведена на языке программирования Borland С++ Builder 5.0. Для моделирования процесса передачи сглаженного видеотрафика использован пакет SLAM II с реализацией части функций на языке программирования Borland С++ Builder 5.0. Часть численных расчетов, связанных с обработкой матриц, проведены в пакете MathCAD 2001 Professional. Анализ полученных результатов проводился в пакете STATISTICA 6.0.

Основные результаты работы и их новизна. Основными результатами работы являются разработанные алгоритмы адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика и алгоритм определения необходимой пропускной способности для передачи сглаженного видеотрафика.

Новизна предложенных алгоритмов адаптивного сглаживания определяется использованием при адаптивном сглаживании MPEG видеотрафика новых принципов - «макрокадров», «отклонения от середины тоннеля» и «дальнего взгляда», а также возможностью учета ряда параметров видеосистемы. В отличие от известных алгоритмов [20, 22, 24, 27-29 и др.], разработанные алгоритмы позволяют учитывать не только размер и заполненность буфера получателя, но и объем и структуру доступных отправителю видеоданных, а также доступную пропускную способность канала передачи, обеспечивая выполнение современных требований по эффективному использованию пропускной способности каналов и уменьшению стоимости передачи.

Новизна разработанного алгоритма определения пропускной способности, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, заключается в использовании детерминированных процессов с дискретным временем, модулированных цепью Маркова, для моделирования источника сглаженного видеотрафика и процесса его обслуживания.

Теоретическая значимость результатов исследований. Использование аппарата вычислительной геометрии в алгоритмах адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика позволило формализовать ряд свойств и особенностей сглаживания, ускоряющих его проведение. Используемый подход к моделированию сглаженного видеотрафика с помощью мини-источников может быть предложен в качестве основного при построении других моделей видеотрафика. Разработанные элементы технологии адаптивной передачи видеоинформации являются расширением и дополнением к теории передачи информации в сетях ATM.

Практическая ценность результатов исследований. Результаты работы могут применяться при создании мультимедиа систем, использующих в качестве транспортных сети ATM, в особенности при проектировании и разработке систем, критичных к стоимости предоставляемых услуг.

Разработанные алгоритмы адаптивного сглаживания могут быть применены при реализации услуг, связанных с передачей MPEG видеоданных в условиях ограниченной и непостоянной пропускной способности каналов передачи сети ATM.

Алгоритм определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, может быть использован для определения минимальной пропускной способности каналов передачи, необходимой для воспроизведения MPEG видеоданных в системах типа «видео по запросу» с минимальным качеством.

Реализация результатов работы. Результаты работы реализованы в ФГУП «НИИ «РУБИН» (Санкт-Петербург) в ОКР «Система ATM», «Основание» и «Интеграл ATM», выполняемых в рамках Федеральных целевых программ. Акты о реализации приведены в приложении.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на следующих научно-технических конференциях:

1. VIII Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика

2002 (РИ-2002)», Санкт-Петербург, 26-28 ноября 2002 г.

2. Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в авиации - 2003 (ГГА-2003)», г. Харьков, 29-30 октября 2003 г.

3.II Международная конференция «Экономика и инфокоммуникации в XXI веке», Санкт-Петербург, 24-29 ноября 2003 г.

4. III Межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России

2003 (ИБРР-2003)», Санкт-Петербург, 25-27 ноября 2003 г.

5.III Российская научно-техническая конференция «Новые информационные технологии в системах связи и управления», г. Калуга, 21-22 апреля 2004 г.

6.54, 55, 56-я научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, Санкт-Петербург, 2002-2004 гг.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах:

1.Арсланов В.Ф. Алгоритм сглаживания трафика видеоинформации для передачи в сети ATM с сервисом ABR // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2003. №169. С. 31-44.

2.Арсланов В.Ф. Методика расчета параметров сервиса ATM ABR для передачи сглаженного трафика видеоинформации в системе видео по запросу // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2003. Вып.З. С. 85-90.

3.Арсланов В.Ф., Медников Ю.В. Проектирование терминального оборудования для мультисервисных сетей связи // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2002. №168. С. 188-199.

4.Арсланов В.Ф. и др. Многоуровневая статистическая модель передачи VBR MPEG трафика по сети ATM // Перспективы развития российской экономики: межвуз. сб. науч. тр. СПб, 2002. Вып. 4. С. 674-677.

5. Арсланов В.Ф. и др. Модель трафика для видеоконференций // Перспективы развития российской экономики: межвуз. сб. науч. тр. СПб, 2002. Вып. 4. С. 656-658.

6. Арсланов В.Ф. Метод адаптивной передачи MPEG видеоинформации по сети ATM // 56 НТК профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов: тез. докл. / СПбГУТ. СПб, 2004. С. 13.

7. Арсланов В.Ф. и др. Анализ технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети ATM // III Российская НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления», г. Калуга, 20-22 апр. 2004 г.: мат-лы / КНИИТМУ. Калуга, 2004. Ч. 1. С. 122-124.

8. Арсланов В.Ф. Разработка алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика для передачи по сети ATM // Ш Российская НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления», г. Калуга, 20-22 апр. 2004 г.: мат-лы / КНИИТМУ. Калуга, 2004. Ч. 1.С. 125-127.

9. Арсланов В.Ф. и др. Моделирование передачи закодированной видеоинформации в сети ATM // III Межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2003)», Санкт-Петербург, 25-27 нояб.: мат-лы / СПОИСУ. СПб, 2003.4.1. С. 132.

10. Арсланов В.Ф. и др. Анализ задержек информации при различных способах реализации видеосвязи // VIII Международная конференция «Региональная информатика-2002», Санкт-Петербург, 26-28 нояб.: мат-лы / СПОИСУ. СПб, 2002. 4.1. С. 60.

11. Арсланов В.Ф. и др. Анализ размера буфера компенсации в системах видеосвязи // VIII Международная конференция «Региональная информатика-2002», Санкт-Петербург, 2628 нояб.: мат-лы / СПОИСУ. СПб, 2002.4.1. С. 80.

Основные положения, выносимые на защиту:

- алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «макрокадров»;

- алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «отклонения от середины тоннеля»;

- алгоритм адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика по принципу «дальнего взгляда»;

- модель источника сглаженного видеотрафика и его обслуживания;

- алгоритм определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений.

Выводы

1. Признаком адекватности алгоритмов адаптивного сглаживания является уменьшение колебаний скорости видеотрафика, снижение уровня требований к пропускной способности канала и повышение коэффициента ее использования. При этом должно обеспечиваться исключение переполнения и опорожнения буфера получателя в процессе передачи видеоданных.

2. Сглаживание видеотрафика, выполненное с использованием разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания, обеспечило существенное уменьшение колебаний скорости видеотрафика, снижение уровня требований к пропускной способности канала, повышение коэффициента ее использования, а также исключение переполнения и опорожнения буфера получателя в процессе передачи видеоданных, что свидетельствует об адекватности разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика.

3. Критерием эффективности алгоритмов адаптивного сглаживания является снижение уровня требуемой пропускной способности канала и повышение коэффициента ее использования относительно значений, получаемых при применении других алгоритмов сглаживания, использующих для проведения сглаживания аналогичный объем видеоданных.

4. Значения коэффициентов использования пропускной способности канала, полученные при применении разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания по принципам «макрокадров», «отклонения от середины тоннеля» и «дальнего взгляда», в среднем на 24.2, 30.6 и 30.1% соответственно превысили значения коэффициентов, полученные при реализации других известных алгоритмов сглаживания, использующих для проведения сглаживания; аналогичные объемы видеоданных. Требования к пропускной способности каналов при этом уменьшились в среднем на 19.6, 9.6 и 8.1% соответственно, что свидетельствует об эффективности предложенных алгоритмов.

5. Признаком адекватности алгоритма определения пропускной способности канала является близость получаемых с его помощью значений пропускной способности к реально необходимым значениям. Эффективность алгоритма оценивается точностью определения пропускной способности по сравнению с другими известными алгоритмами определения пропускной способности.

6. Значения пропускной способности, полученные с помощью разработанного алгоритма, лишь незначительно отличаются от экспериментально полученных данных и точнее значений, полученных при использовании двух других рассмотренных алгоритмов, в среднем на 12.3 и 41.3% соответственно, что позволяет сделать вывод об адекватности и эффективности разработанного алгоритма определения пропускной способности, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проведенных в диссертационной работе исследований получены следующие основные результаты:

1. Существенное повышение эффективности использования пропускной способности каналов сети ATM и снижение стоимости предоставляемых услуг может быть достигнуто при применении технологии адаптивной передачи видеоинформации, обеспечивающей адаптацию передаваемого видеотрафика к характеристикам сети передачи и терминального оборудования.

2. Базовыми элементами технологии адаптивной передачи являются алгоритмы адаптивного сглаживания, сочетающие в себе адаптацию структуры видеотрафика и его сглаживание, и алгоритм определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика.

3. Адаптивное сглаживание MPEG видеотрафика обеспечивается при передаче видеоданных в соответствии с планом передачи, получаемым путем построения графика передачи видеоданных внутри «тоннеля», гарантирующего исключение переполнения или опорожнения буфера получателя и обладающего «гибкостью» и различной «глубиной видимости», отражающими соответственно адаптацию структуры видеотрафика и объем: доступных отправителю видеоданных.

4. Разработанные алгоритмы адаптивного сглаживания по принципу «макрокадров», «отклонения от середины тоннеля» и «дальнего взгляда», сочетая адаптацию структуры видеотрафика и его сглаживание, позволяют уменьшить колебания скорости видеотрафика и повысить эффективность использования пропускной способности канала на основе учета доступной пропускной способности, размера и заполненности буфера получателя, объема и структуры доступных отправителю видеоданных.

5. В основе алгоритма определения пропускной способности канала, требуемой для передачи сглаженного видеотрафика, используется модель источника сглаженного MPEG видеотрафика и процесса его обслуживания в узле сети ATM. Источник сглаженного видеотрафика описывается группой мини-источников с двумя состояниями, соответствующими высокой и низкой скоростям генерации ячеек, а процесс его обслуживания — системой массового обслуживания вида MMDP/D/1/K. Для определения требуемой пропускной способности канала предложено выражение, полученное на основе анализа функционирования системы MMDP/D/1/K.

6. Проведенная оценка показала адекватность и высокую эффективность разработанных алгоритмов адаптивного сглаживания MPEG видеотрафика и определения требуемой для его передачи пропускной способности канала.

7. Направлением дальнейших исследований в области технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети ATM может быть развитие и разработка алгоритмов адаптивного сглаживания за счет использования других возможных подходов к адаптации структуры видеотрафика и его сглаживанию (воздействие на уровень квантования при кодировании, использования статистического и временного мультиплексирования и т.п.), а также за счет увеличения количества учитываемых при этом характеристик сети передачи и терминального оборудования.

1. Основные положения развития Взаимоувязанной сети связи РФ на перспективу до 2005 г. Руководящий документ. М., 1995.

2. Арсланов В.Ф. и др. Анализ технологии адаптивной передачи видеоинформации по сети ATM // Ш Российская НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления», г. Калуга, 20-22 апр. 2004 г.: мат-лы / КНИИТМУ. Калуга, 2004. 4.1. С. 122-124.

3. Арсланов В.Ф. Алгоритм сглаживания трафика видеоинформации для передачи в сети ATM с сервисом ABR // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2003. №169. С. 31-44.

4. Арсланов В.Ф. Метод адаптивной передачи MPEG видеоинформации по сети ATM // 56 НТК профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов: тез. докл. / СПбГУТ. СПб, 2004. С. 13.

5. Гольдштейн Б.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. Интеллектуальные сети. М.: Радио и связь, 2000. - 500 с.

6. Дымарский Я.С., Крутякова Н.П., Яновский Г.Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. М.: Мобильные коммуникации, 2003. — 382 с.

7. Курицын С.А. Методы адаптивной обработки сигналов передачи данных. — М.: Радио и связь, 1988. -143 с.

8. Лычагин Н.И., Яшин А.И. Мультимедиа-технологии в информационных системах. СПб.: ГЭТУ, 1997.

9. Кох Р., Яновский Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. М.: Радио и связь, 2001.-279 с.

10. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

11. Арсланов В.Ф. и др. Анализ задержек информации при различных способах реализации видеосвязи // VIII международная конференция «Региональная Информатика-2002», Санкт-Петербург, 26-28 нояб.: мат-лы / СПОИСУ. СПб, 2002.4.1. С. 60.

12. Gemmell D. et al. Multimedia storage servers: a tutorial // IEEE Computer magazine. 1995. Vol. 28. May. P. 40-49.

13. Zheng В., Atiquzzaman M. Two stage frame dropping for scalable video transmission over data networks // 2001 IEEE Workshop on high performance switching and routing. 2001. P. 43-47.

14. Krunz M., Tripathi S. On the characteristics of VBR MPEG video streams // Proceeding of ACM SIGMETRICS. 1997. June. P. 192-202.

15. Knightly E. et al. Zhang H. Fundamental limits and tradeoffs of providing deterministic guarantees to VBR video traffic // Proceedings of the Joint International Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems. 1995. May. P. 98-107.

16. Luo W., Zarki M. Quality control for VBR video over ATM networks // IEEE Journal on selected areas in communications. 1997. Vol. 15. No. 6, August. P. 1029-1039.

17. Zhang Z. et al. Smoothing, statistical multiplexing, and call admission control for stored video // IEEE Journal on selected areas in communications, vol. 15, no. 6, August 1997. P. 1148-1166.

18. Liew S.C., Tse C.-Y. Video aggregation: adapting video traffic for transport over broadband networks by integrating data compression and statistical multiplexing // IEEE Journal on selected areas in communications. 1996. Vol. 14. No. 6. P. 1123-1137.

19. MacManus J., Ross K. Video-on-demand over ATM: constant rate transmission and transport // Journal on selected areas in communications. 1996. Vol. 14. August. No. 6. P. 1087-1098.

20. Feng W., Rexford J. Performance evaluation of smoothing algorithms for the transmission of prerecorded video // IEEE Transactions on multimedia. 1999. Vol. 1. No. 3. September. P. 24-39.

21. Salehi J. et al. Supporting stored video: reducing rate variability and end-to-end resource requirements through optimal smoothing // IEEE/ACM Transactions on networking. 1998. Vol. 6. No. 4. August. P. 397-410.

22. Tryfonas C. Practical considerations for smoothing multimedia traffic transported over packet-switched networks // Technical report 2001-12-5 Sprint Advanced Technology Laboratories. 2001. December.

23. Zhang J., Hui J. Applying traffic smoothing techniques for quality of service control in VBR video transmissions // Computer communications. 1998. No. 21. P. 375-389.

24. ELECARD MPEG 2 Video Decoder Package release 2.0. Moonlight Cordless Corporation. 2001-2003.

25. UMA Universitary MPEG Analyzer. Francisco Alcedo Olea. University of Malaga. Spain. 2000.

26. Feng W., Sechrest S. Smoothing and buffering for delivery of prerecorded compressed video // Computer communications. 1995. Vol. 18. October. P. 709-717.

27. Feng W. et al. Optimal buffering for the delivery of compressed prerecorded video // ACM Multimedia systems journal. 1997. September. P. 297-309.

28. Jiang Z., Kleinrock L. A general optimal video smoothing algorithm // Proceeding of the IEEE INFOCOM. 1998. March. P. 676-684.

29. ATM Forum Traffic Management Specification Version 4.0 / The ATM Forum. 1996.

30. ITU-T Recommendation 1.371 / ITU-T. 1996.

31. Kishino F., Manabe K. Variable bit rate coding of video signals for ATM networks // IEEE Journal on selected areas in communications. 1989. Vol. 7. P. 801-806.

32. Roberts L. Can ABR service replace VBR service in ATM networks // Proceeding of COMPCON'95 conference. Piscatway. New Jersey. 1995. P. 346-348.

33. Vandalore В., et al. QoS and multipoint support for multimedia applications over the ATM ABR service // IEEE Communications Magazine. 1999. January. P. 53-57.

34. Vandalore В., et al. Design and analysis of queue control functions for explicit rate switch schemes // Proceedings of IEEE ICNP. 1998. October. P. 780-786.36 http://www3.informatik.uni-wuerzburg.de/MPEG/

35. Cruz R.L. A calculus for network delay // IEEE Transactions on information theory. 1991. Vol. 37. No. 1. P. 114-131.

36. Radhakrishnan S., Radhavan S. A flexible traffic shaper for high speed networks: design and comparative study with leaky bucket // Computer Networks and ISDN Systems. 1996. Vol. 28. No. 4. February. P. 453-469.

37. Zhang H., Knightly E. Providing end to end statistical guarantees using bounding interval dependent stochastic models // Proceeding ACM SIGMETRICS'94 conference. 1994. May. P. 211-220.

38. Knightly E., Zhang H. Traffic characterization and switch utilization using deterministic bounding interval dependent traffic model // Proceeding IEEE INFOCOM'95 / IEEE Computer Society Press. 1995. June. P. 1137-1145.

39. Hui J. et al. Quality of service control in GRAMS for ATM local area network // IEEE Journal on selected areas in communications. 1995. Vol. 13. No. 4. P. 700-709.

40. Hui J. et al. Client-Server synchronization and buffering for variable bit rate multimedia retrievals // IEEE Journal on selected areas in communications. 1996. Vol. 14. No. 1. P. 226-237.

41. Feng W. et al. An optimal bandwidth allocation strategy for the delivery of compressed prerecorded video // ACM Multimedia systems journal. 1997. Vol. 5. Sept. P. 297-309.

42. Dey J., Kurose J. Playback restart in interactive streaming video applications // Proceeding of ICMCS '97 conference. 1997. P. 458.

43. Feng W. Rate-constrained bandwidth smoothing for the delivery of stored video // Proceeding of ISST/SPIE Multimedia networking and computing. 1997. Feb. P. 316-327.

44. Kang S., Yeom H.Y. Transmission of video streams with constant bandwidth allocation // Computer communications. 1999. Vol. 22. No. 2. P. 173-180.

45. McManus J. M., Ross K. W. A dynamic programming methodology for managing prerecorded VBR sources in packet-switched networks // Telecommunication Systems. 1998. Vol. 9. P. 223-247.

46. Chiang Т., Anastassiou D. Hierarchical coding of digital television // IEEE Communications magazine. 1994. Vol. 32. No. 5. May. P. 38-45.

47. Ghanbari M. Two-layer coding of video signals for VBR networks // IEEE Journal on selected areas in communications. 1989. Vol. 7. No. 5. June. P. 771-781.

48. Karlsson G. Video Over ATM Networks // Computer Networks and ISDN Systems. Special issue on ATM Networks: Performance Modeling and Analysis. 1997. November 25.

49. Rose O. Statistical properties of MPEG video traffic and their impact on traffic modeling in ATM systems // Proceedings of LCN'95 conference. 1995. Vol. 20. P. 397-406.

50. Garret M.W., Willinger W. Analysis, modeling and generation of self-similar VBR video traffic // Proceeding of ACM SIGCOMM'94.1994. P. 269-280.

51. Leland W.E. et al. On the self-similar nature of Ethernet traffic // IEEE/ACM transactions on networking. 1994. Vol. 2. P. 1-15.

52. Beran J., et al. Long range dependence in variable bit rate video traffic // IEEE Transaction on Communications. 1995. Vol. 43. P. 1566-1579.

53. Likhanov N. et al. Analysis of an ATM buffer with self-similar input traffic // Proceeding of IEEE ESTFOCOM'95. 1995. P. 985-992.

54. Tsybakov В., Georganas N. On self-similar traffic in ATM queues: definitions, overflow probability bound and cell delay distribution // IEEE/ACM Transactions on networking.: 1997. Vol. 5. No. 3. June. P. 397-408.

55. Paruelekar M., Makowski A. Buffer overflow probabilities for a multiplexer with self-similar input // Proceeding of IEEE INFOCOM'96.

56. Willinger W. Traffic modeling for high-speed networks: theory versus practice // Stochastic networks. 1995. Vol. 71. P. 395-409.

57. Ryu B.K., Elwalid A. The importance of long-range dependence of VBR video traffic in ATM traffic engineering: myth and realities // Proceedings of SIGCOMM'96 conference. 1996. Vol. 26. P. 3-14.

58. Heyman D., Lakshman T. What are the implications of long-range dependence for VBR video traffic engineering? // IEEE/ACM Transactions on networking. 1996. Vol. 4. No. 3. P. 301-317.

59. Elwalid A. et al. Fundamental bounds and approximations for ATM multiplexers with applications to video teleconferencing // IEEE Journal on selected areas in communications. 1995. Vol. 13. P. 1004-1016.

60. Heyman D. et al. Statistical analysis and simulation study of video teleconference traffic in ATM networks // IEEE Transactions on circuits and systems for video technology. 1992. Vol. No. 2. P. 49-59.

61. Izquierdo M. R., Reeves D.S. A survey of statistical source models for variable-bit-rate compressed video // Multimedia Systems. 1999. No. 7. P. 199-213.

62. Adas A. Traffic models in broadband networks // IEEE Communications magazine. 1997.1. July.

63. Cosmas J.P. et al. A review of voice, data and video traffic models for ATM // IEEE Transaction on communications. 1994. Vol. 5. No. 2. P. 11-26.

64. Nikoladis I., Akyildiz I. Source characterization and statistical multiplexing in ATM networks / Technical report GIT-CC 92-24. Georgia Tech. 1992.

65. Heffes H., Lucantony D. A Markov modulated characterization of packetized voice and data traffic and related statistical multiplexer performance // IEEE Journal on selected areas in communication. 1986. September. P. 856-868.

66. Skelly P. et al. A histogram-based model for video traffic behavior in an ATM multiplexer // IEEE/ACM transactions on networking. 1993. Vol. 1. No.4. P. 446-459.

67. Shah-Heydari S., Le-Ngoc Т. MMPP models for multimedia traffic // Telecommunication System. 2000. No. 15. P. 273-293.

68. Fischer W., Meier H.K. The Markov-modulated Poisson process (MMPP). Cookbook / Performance evaluation. 1992. No. 18. P. 149-171.

69. Blondia C., Casals O. Statistical multiplexing of VBR sources: a matrix-analytic approach. //Performance evaluation. 1992. V.16. P. 5-20.

70. Maglaris B. et al. Performance models of statistical multiplexing in packet video communications // IEEE Transactions on Communications. 1988. Vol. 36. July. P. 834-844.

71. Bolla R. et al. Evaluation of a cell loss rate computation method in ATM multiplexers with multiple bursty sources and different traffic classes // Proceedings of IEEE GLOBECOM'96. 1996. P. 437-441.

72. Ng C.-H. et al. Methodology for traffic modeling using two-state Markov-modulated Bernoulli process // Computer communications. 1999. No. 22. P. 1266-1273.

73. Shim C. et al. Modeling and call admission control algorithm for variable bit rate video in ATM networks // IEEE Journal on selected areas in communications. 1994. Vol. 12. Feb. P. 332-344.

74. Ramamuth G., Sengupta B. Modeling and analysis of a variable bit rate video multiplexer // Proceedings IEEE INFOCOM'92. P. 817-827.

75. Cohen D., Heyman D. Performance Modeling of Video Teleconferencing in ATM Networks // IEEE Transaction on circuits and Systems for Video Technology. 1993. Vol. 3. Dec. P. 408-420.

76. Gruenfelder R. et al. Characterization of video codecs as autoregressive moving average processes and related queuing system performance // IEEE Journal on selected areas in communications. 1991. Vol. 9. Apr. P.284-293.

77. Lui В., Munson J. R. Generation of random sequence having a jointly specified marginal distribution and autocovariance // ШЕЕ Transaction on acoustic, speech, signal processing. 1982. Vol. ASSP-30. No. 6. Dec. P. 973-983.

78. Cox D. Long-range dependence: a review / Statistics: an appraisal. Iowa State University Press. 1984. P. 55-74.

79. Frost V., Melamed B. Traffic modeling for telecommunications networks // IEEE Communications Magazine. 1994. Vol. 32. No. 3. P. 70-81.

80. Jagerman D., Melamed B. The transition and autocorrelation structure of TES processes // Stochastic Models. 1992. Vol. 8. No. 2. P. 193-219.

81. Melamed B. TES: a class of methods for generating autocorrelated uniform varieties // ORSA Journal of computing. 1991: Vol. 3. No. 4. P. 317-329.

82. Melamed В., Sengupta B. TES modeling of video traffic // IEICE Transactions on communications. 1992. Vol. E-75-B. No. 12. P.1292-1300.

83. Casilari E. et al. Scene oriented model for VBR video // Electronic letters. 1998. Vol.34. No. 2. P. 166-168.

84. Box G., Jenkins G., Reinsel G. Time Series Analysis. 3-d edition. Prentice Hall. 1994.

85. Jacobs P. A. Lewis P. A. W. Times series generated by mixture // Journal on times series analysis. 1983. Vol. 4. No. 1. P. 19-36.

86. Yang Т., Tsang D. A novel approach to estimating cell loss probability in an ATM multiplexer loaded with homogeneous bursty sources // IEEE Transactions on communications. 1995. Vol. 43. No.l. P. 117-126.

87. Sen P., et al. Models for packet switching of variable-bit-rate video sources // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 1989. Vol. 7. No. 5. P. 865-869.

88. Lucantoni D. et al. Methods for performance evaluation of VBR video traffic models // IEEE/ACM Transactions on Networking. 1994. Vol. 2. P. 176-180.

89. Juhn L., Tseng L. Fast data broadcasting and receiving scheme for popular video service // IEEE Transaction on Broadcasting. 1998. Vol. 44. No 1. March. P.100-105.

90. Zhang L., Fu H. A novel scheme of transporting pre-stored MPEG video to support video-on-demand (VoD) services // Computer communications. 2000. No. 23. P. 133-148.

91. Guerin R. et al. Equivalent capacity and its application to bandwidth allocation in high-speed networks // IEEE Journal on selected areas in communication. 1991. Vol. 9. No. 7. P. 968-981.

92. Elwalid A., Mitra D. Effective bandwidth of general Markovian traffic sources and admission control of high speed networks // IEEE/ACM Transactions on networking. 1993. Vol. 1. June. P. 329-343.

93. Kelly F.P. Effective bandwidths at multi-class queues // Queuing systems. 1991. Vol. 9. P. 5-15.

94. Gelenbe E., Mang X., Onvural R. Diffusion based statistical call admission control in ATM // Performance evaluation. 1996. Vol.27. P. 411-436.

95. Guerin R. Ahmadi H., Naghshineh M. Equivalent capacity and its application to bandwidth allocation in high-speed networks // IEEE Journal on selected areas in communication. 1991. Vol. 9. No. 7. P. 968-981.

96. ISO/IEC 11172. International standard. Information Technology Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbit/s. 1993.

97. ITU-T Recommendation H.261 Video codec for audiovisual services at p x 64 kbit/s. December 1990.

98. Recommendation of the H-Series / ССГГ Study Group XV. Report R31. Geneva Meeting. 1990. July. P. 79-107.

99. CCIT Working Party XV/1 Experts Group for ATM Video Coding (1992) IVS Baseline Document.

100. ISO/IEC 13818. International standard. Information Technology Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio. 1995.

101. ISO/EES 13818-7. International standard. MPEG-2 Audio group. Information technology-Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio: Part 7 Advanced Audio Coding (AAC). 1997.

102. ISO/IEC 14496 JTC1/SC29/WG11 N2502, FDIS. International standard. Generic coding of audio-visual objects. November 1998.

103. Koenen R. Overview of the MPEG-4 standard // ISO/IES 14 496 2000.

104. Puri A., Chen T. Multimedia systems, standards and networks. New-York: Marcell Dekker, 2000.

105. ISO/IES JTC1 /SC29/WGil. NN. 2464, 2690, 2694, 2716, 2727, 2728, 2731, 2732. International standard. 1999. March.

106. Sarginson P. A. MPEG-2 a tutorial introduction to the system layer // IEE Colloquium on «MPEG-2 - what it is and what it isn't». 1995. No. 12.

107. Steven G. et al. Traffic shaping, bandwidth allocation, and quality assessment for MPEG video distribution over broadband networks // IEEE Network. 1998. Nov ./Dec. P. 94-107.

108. Okubo S. et al. ITU-T standardization of audiovisual communication systems in ATM and LAN environments // IEEE Journal on selected areas in communications. 1997. Vol. 15. No. 6, P. 965-982.

109. Asynchronous transfer mode // Internetworking technology overview: Cisco systems, Inc., 1996. P. 1-14.

110. Designing ATM Internetworks // Internetwork design guide: Cisco systems, Inc., 1996. P. 1-18.

111. Verscheure O., Garcia X. User oriented QoS in packet video delivery \\ IEEE Network. 1998. Nov./Dec. P. 12-21.

112. Turner J. New directions in communications (or which way to the information age?) // IEEE Communications. 1986. No. 24. P. 8-15.

113. ATM user network interface specifications. Version 3.0 / The ATM Forum. 1993.

114. Sidi M. et. al. Congestion control through input rate regulation // IEEE Transactions on Communications. 1993. Vol. 41. No. 3. P. 471-477.117 1-371 Recommendation. Traffic control and resource management in B-ISDN / ITU-T. 1992.

115. Reininger D. et al. Statistical Multiplexing of VBR MPEG Compressed Video on ATM Networks // Proceedings IEEE INFOCOM'93.1993. P. 919-926.

116. Reibman A. On VBR video teleconferencing over ATM networks // Proceedings of GLOBECOM'92.1992. P. 314-319.

117. Raychaudhuri D. et al. Video transport in ATM networks: a system view // Multimedia system journal. 1996. Vol. 4. No. 6. P. 305-315.

118. Minoli D. Video dialtone technology. McGraw-Hill, Inc., 1995.

119. Dixit S., Skelly P. MPEG-2 over ATM for video dial-tone networks: issues and strategies // IEEE Network. 1995. Sep./Oct. P. 30-40.

120. Simmons J.M., Gallager R.G. Design of error detection scheme for class С service in ATM // IEEE Transactions on Networking. 1994. Vol. 2. No.l. P. 80-88.

121. Dravida S., Damodaram R. Error detection and correction options for data services in B-ISDN // IEEE Journal on selected areas in communications. 1991. Vol. 9. No. 9. P. 1484-1495.

122. Wang Z., Crowcroft J. SEAL detects cell misordering // IEEE Network. 1992. No. 6. P. 8-9.