（计算机应用技术专业论文）基于rtp的视频传输控制方法的研究.pdf

摘要 诗算钒潮络技术和多媒体技术的不断进步成为两络多媒体应用嗣益普及和 发展的强大动力。视频会议，视频点播，远程教育，无人监控锦分布式多媒体 应用逐渐走入人们的生瀵，给人们的 i 作和生活带来了极大的便利积无穷的乐 趣。 然而，基于i p 的嗣络中提供的尽力而为的服务并不适合多媒体视频信息的 传输。视频信息的传输常常会因为网络拥塞而暂停或出现马赛宽，网络状态的 波豌辍太茨影酸蓍援频掺怠魏撵放效粱，骚务震量缀难保证。 本文的研究项目幽网络多媒体应用中的视频传输需求提出，旨在研究基于 r t p 协议的视频传输控制方法，使之能够适应网络状态的变化。论文的论述从 以下四个方藏展开： ( 1 ) i p 两络蘸抉这发震菠得数字视频的传输逐涛成为魏实。本文首先分褥 了网络多媒体应用中常用的流媒体技术，视频压缩编码技术。从当今流行的视 频应用系统中指出视频j 藏用的关键性问题。 ( 2 ) 本文深入分援了r t p 夔特点、蠹容，认为该汝议j 鬻逐会疆频信怠黔 网上传输。i e t f 制订的实时传输协议r t p 是一个基于传输层的协议，它提供端 到端的实时数据传输服务，其中的实时传输控制协议r t c p 提供的控制功熊可 以有效的监控视频信息鸵传输。合理利鹰r t c p 掇供的控制信慰劳鸯h 上一些控 割策略就可以更箨静控戳视频信息静传辅，满足巢方蕊服务葳羹的要求。 ( 3 ) 针对视频传输中的速率控制，本文分析了几种控制方法和思路，掇出 了一种基于r t p 的源端视频传输控制策略。该方法可以使发送方的视频传输速 率鑫动逶应瓣终拭态载交纯，著毒效减少瓣络斡援察。 ( 4 ) 为了实现r t p 及传输控制策略，本文采用m i c r o s o f td i r e c t s h o w 所 提供的平台。利用d i r e c t s h o w 提供的宽松的格式支持和基于组件对象模型的特 征，本文磷究了d i r e c t s h o w 的体系绫稳、基本蘸璎帮基本构件过滤器鲍枣簿 造方法，将r t p 协议作为过滤器送行了实现，并稻瘸d i r e c t s h o w 的体系结构 和已有的采集、编码组件，实现了一套完整的视频传输实验模型。 本文的主要工作在予： ( 1 ) 分錾嚣磷究了r t p 捺议鹣主簧疼容，特点。赞对褫频接输熬特意，提 出了基于r t p 的视频传输控制方法。该方法着激在速率控制。 ( 2 ) 设计了一个鏊予d i r e c t s h o w 技零静横颇转埝模黧。该模型瑟滔方镬， 嚣震躞燃褪频攥挺卡，耀默在孛小鍪魏艨用中经爝。 哭键词：r t p ，卒觅频传输，速率控制，d i r e c t s h o w ，过滤器 a b s t r a c t t h e s t e a d y a d v a n c e m e n to ft e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fc o m p u t e rn e t w o r k s a n dm u l t i m e d i ah a sb e c o m ea s t r o n gi m p e t u s t ot h e d e v e l o p m e n ta n d p o p u l a r i z a t i o n o ft h en e t w o r k e dm u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s d i s t r i b u t e d m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s s u c ha sv i d e o c o n f e r e n c e ，v i d e oo n d e m a n d ， l o n g - d i s t a n c ee d u c a t i o n , a u t o m a t i cm o n i t o rs y s t e me t c a r es l o w l yc o m i n g i n t o p e o p l e sl i f e 。t h e ya l s ob r i n g m u c hf a c i l i t i e sa n df u nt o p e o p l e s w o r ka n d l i f e b u to nt h eo t h e rh a n d ，t h eb e s t - e f f o r ts e r v i c eb a s e do ni pp r o v i d e db y i n t e r n e ti s i f ts u i t a b l ef o rt h et r a n s m i s s i o no fv i d e oi n f o r m a t i o n t h ev i d e o i n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n a l w a y sp a u s e s o r a p p e a r s m o s a i cb e c a u s eo f n e t w o r kc o n g e s t i o n t h ep l a y b a c ke f f e c to fv i d e oi n f o r m a t i o ni s a l w a y s a f f e c t e d b y t h ef l u c t u a t i o no fn e t w o r ks t a t e s q o si sd i f f i c u l tt ob e g u a r a n t e e d 。 c o m i n gf r o m av i d e ot r a n s m i s s i o nn e e di nn e t w o r k e dm u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n ，t h e r e s e a r c h p r o j e c t t h et h e s i sd i s c u s s e si st or e s e a r c ha n r t p - b a s e dv i d e ot r a n s m i s s i o nc o n t r o lm e t h o d , w h i c hc a n a d a p t t ot h e c h a n g e s o fn e t w o r ks t a t e s t h et h e s i si n c l u d e st h ef o l l o w i n gf o u r p a r t s ： f i r s t l y , f a s td e v e l o p m e n to f i pn e t w o r km a k e st r a n s m i s s i o no f d i g i t a l v i d e oi n f o r m a t i o nr e a l + t h i st h e s i sa n a l y z e ss t r e a mm e d i at e c h n o l o g ya n d v i d e oc o m p r e s s i o nc o d i n gt e c h n o l o g y , t h e np o i n t so u tt h ek e yp r o b l e m si n n e t w o r k e dm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o nf r o mm a n yp o p u l a rv i d e ot r a n s m i s s i o n s y s t e m s s e c o n d l t h i st h e s i sl u c u b r a t e st h ec o n t e n t sa n dc h a r a c t e r so fr t p a n d t h i n k st h a tr t pi sw e l ls u i t a b l ef o rt h ev i d e ot r a n s m i s s i o n t h er e a l t i m e t r a n s p o r tp r o t o c o l ( r t p ) d r a w nb yi e t fi s ap r o t o c o lw o r k e do nt h et o po f t r a n s p o r tp r o t o c 0 1 r t pp r o v i d e s e n d t o e n dr e a l t i m em u l t i m e d i ad a t a t r a n s m i s s i o n 。r t c eo n eo f i t s c o m p o n e n t s , c a ne f f e c t i v e l y c o n t r o la n d m o n i t o rt h et r a n s m i s s i o n m a k i n gg o o du s eo ft h ec o n t r o lm e s s a g e s p r o v i d e d l l t b yr t c p a n ds o m ec o n t r o ls 矗a 糖g 迳sw ec a nw e l lc o n t r o lv i d e ot r a n s m i s s i o n a n dm e e ts o m e r e q u i r e s i nq o s t h i r d l y , a b o u t r a t ec o n t r o l d u r i n g v i d e o t r a n s m i s s i o n ，t h i s t h e s i s a n a l y z e ss e v e r a lc o n t r o lm e t h o d sa n di d e a s , p u t sf o r w a r da nr t p - b a s e d s o u r c ev i d e ot r a n s m i s s i o nc o n t r o l p o l i c y 强i sp o l i c y c a nm a k ev i d e o t r a n s m i s s i o nr a t eo fs e n d e ra u t o m a t i c a l l ya d a p t i v et ot h e c h a n g e s o fn e t w o r k s t a t e sa n d e f f i c i e n t l yr e d u c e s n e t w o r k c o n g e s t i o n f o u r t h l y , i no r d e rt or e a l i z er t p a n dt r a n s m i s s i o nc o n t r o lp o l i c y , t h i s t h e s i sm a k e su s eo ft h ep l a t f o r mo fm i c r o s o f td i r e c t s h o w u s i n gt h ew i d e v a r i e t y o ff o r m a t ss u p p o r t e db yd i r e c t s h o wa n dt h ec h a r a c t e r sb a s e do n c o m t h i st h e m sr e s e a r c h e st h ea r c h i t e c t u r eo fd i r e c t s h o w , i t sb a s i ct h e o r y a n dc o n s t r u c t i o no fi t sb a s i cc o m p o n e n t - f i l t e r ，r e a l i z e sr t pa st w of i l t e r s 。 w i t ht h eh e l po fe x i s t i n gc a p t u r ea n de n c o d ec o m p o n e n t s ，m a k i n gu s eo f d i r e c t s h o wa r c h i t e c t u r e ，t h i st h e s i sr e a l i z e sa n i n t e g r a t e dv i d e ot r a n s m i s s i o n e x p e r i m e n t m o d e l 。 t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i s ： t h ef i r s t ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h ec o n t e n t sa n dc h a r a c t e r so fr t p a i m i n g a tt h ec h a r a c t e r so fv i d e ot r a n s m i s s i o n , i t b r i n g sf o r w a r da n r t p b a s e dv i d e o t r a n s m i s s i o nc o n t r o lm e t h o d ，w h i c hi sm a i n l yf o rr a t ec o n t r 0 1 t h es e c o n d ，t h i st h e s i sd e s i g n sad i r e c t s h o w - b a s e dv i d e ot r a n s m i s s i o n m o d e l t h i sm o d e li sf l e x i b l ea n dc o n v e n i e n t , w i t h o u tn e e dt ou s ev i d e o c a p t u r e c a r d 。i tc a nb e a p p l i e d t os m a l lo rm i d d l es c a l e a p p l i c a t i o n 。 k e y w o r d s ：r t p ，v i d e ot r a n s m i s s i o n ，r a t ec o n t r o l ，d i r e c t s h o w ，f i l t e r l v 第一章绪论 1 1 课题的背景 目前，多媒体技术和计算机网络通信技术都有了很大的发展。主要表现在 视频压缩编码算法不断完善，i p 网的规模进一步扩展。伴随着流媒体技术的出 现，诸如视频会议、视频点播之类的网络多媒体应用开始进入人们的生活。人 们又一次体会到了信息技术带给人们的方便和无穷乐趣。 在实际中，许多网络多媒体应用的视频传输还存在着模拟信号的传输。采 用模拟信号传输带来的问题就是系统的造价高，建设周期长，适应性不强。当 系统的规模很大时，需要铺设的电缆线又粗又长。一旦系统结构变化，又要铺 设新的管线，有时还需更改现有的线路。这使系统的实施和更新非常不方便。 于是，许多研究人员将目光投向了规模不断扩大的i p 网。基于分组交换的 i p 网具有良好的健壮性，也不需要专门铺设视频电缆和控制电缆，成本低，可 充分利用现有的网络资源。然而，t c p 协议严格的建立连接、断开连接的三次 握手和差错重发机制并不适合数据量大、实时性强的视频数据。面向无连接的 u d p 协议由于毫无数据纠错和排序，似乎也不太符合要求。而且，网络还不够 强大，带宽资源有限，不能很好的保证q o s 。因此，提出了研究i p 网络中的视 频传输控制，希望利用现有的网络协议和网络资源，对q o s 加以控制以获得较 好的视频传输效果。 此外，为了实现视频传输控制的策略，视频的捕捉和回放也是应解决的问 题之一。虽然视频捕捉卡的功能强大，但成本高，使用不灵活。由m i c r o s o f t 提 供的d i r e c t s h o w 技术基于组件对象模型技术，支持宽松的格式变化，提供高品 质的多媒体流捕捉和回放。利用它可以在普通微机中实现视频的客户端处理， 并可以提高系统的通用性和可扩展性。 1 2 本文所做的工作 本文的研究目标是：研究一种基于r t p 的源端视频传输控制方法。通过对 发送方发送速率的控制，使视频信息的传输能够适应网络状态的变化，减少网 络拥塞；设计一个适合中小型应用的视频传输模型。本论文的工作有： 第一章绪论 ( 1 ) 麓要奔绍弱终多媒终视频技零发震豹现状，渡媒藩援零。讨论了浚鼷瘦弱 中的核心问题。 ( 2 ) 研究了用于多媒体信息传输的实时传输协议r t p r t c p 。 ( 3 ) 分丰居了目前的擞频传输控制方法和思路，提出一； 申基于r t p 斡横频传输控 鞠方法。该方法控制源壤豹速率，经季觅频酌传输自适应予网络状态翁交化。 ( 4 ) 研究了基于w i n d o w s 平台的视频处理技术d i r e c t s h o w 的体系结构， 基本原理，过滤器的开发。 ( s ) 浚计一拿小燮援频转辕实骏模鳖系统，实疆了基予r t p 戆毒冕叛绩簸控懿方 法。 圭1 3 本文的内褰安排 本文共分七牵。各章节内容的安排如下： 第一章：绪论。介绍本课题的研究背景，本文完成的工作及内容安排。 第二章：网络多媒体视频技术的研究。介绍当前多媒体视频技术发展的现 获，潮终多媒薅绩输鬻焉嚣援零流媒侮技零，多媒体信惑压缩编褥毅本， 并列举了几种常见的网络多媒体视频应用系统。最后指出在视频应用中的需要 研究的关键性问题。 第三章：实嚣童传浚强议r t p 蕊t c p 。余缓瘸于健羧多潆薅信怠懿爨终辨汉 r t p ，r 1 p 的特点，主要内容，以及在使用中遇到的问题。 第四章：一种视频传输控制方法的提出。撼于视频传输控制方法的研究，介 绍了本文提出的一釉视频传输控制方法。 第五牵：基予d i r e c t s h o w 静客户端税频处理技术。主要介绍d i r e c t s h o w 的体系结构，重要组件，基本原理及过滤器的开发。 第六章：视频传输控制方法的实验。介绍了本文所作的实验的环境，相关技 术，浚诗与实现豹帮分内窭。 第七章：结束语。对本文所作的工作加以总结，对下一步的工作提出建议。 2 一 繁二豢毒凳频传输主要技术麓聚究 2 1 视频技术发展的现状 在人类的通信活动中，有效往靛6 0 依赖于藤对匿的筏觉感觉，3 5 依赖 于说话者的声音，只有5 依赖于内容。随着信息技术的发展，人们对信息的需 求已不满足于传统的电报电话业务及传统的文件传输、电子邮件等数据业务， 瑟是遥求蔓舞品蒺戆集撬频、蚕豫、疹音、文字、蘩至动函等为一落载多媒髂 应用服务。 视频技术是多媒体技术中的一个燕要组成部分。视频信息以其数据量大、 实对性强、冗余多等特点倍受硬究入爨靛关注。为了提高视频数据靛传输效攀， 钟对不同静筏频信号产壹| 兰了不同的褫频数据压缩标准，如：m p e g - 1 ，m p e g - 2 ， m p e g 一4 ，h 2 6 3 + 。新的视频压缩标准h 2 6 4 将于2 0 0 3 年3 月公布于众，新的 压缩技术农测试过程中，其数据交换遮度约为1 m b p s ，为宽带网络视频文件的 传璇镶平了遂路。 另外，视频信息的传输正从模拟向数字化方向转变。早期的i n t e r n e t 带 宽窄、路由瓶颈、接入速率低、延迟大而不确定，使得实时性强的视音频流质 量不憝褥烈绦证魏特点，限涮了l p 多媒 搴鲍广泛疲蠲。餐强健l p 多媒体遥傣技 术已被武汉大学成功攻究，并自主成功研制了视诫会议系统、l p 可视电话等 系列产品，并应用于上海a p e c 会议多媒体通信系统、酒泉卫照指挥中心等2 0 多个单位，从而使我国成为世界上少数几个全面掌握第四代i p 多媒体通信技术 平台核，羧零懿国家之一。第霆式蒸予i 王) 网络靛多媒律逶信鼓零是当蓠尖麓豹 通信技术。此前基于电视广播技术交换的通信技术、基于电路交换的通信技术、 基于分组交换的通信技术，被称为第代、第二代和第三代。 在不久耱结素豹“2 0 0 2 攫频逶谶技术应蠲与发震专题簪 讨会”，基予l p 的多媒体邋信基础、i p 视频通信的标准、电信级视频运营丽络及视频通信中熊 质量保障等话题成为关注的热点。不难看出，基予i p 的视频通信已是大势所趋。 另一方谣，毯前视频成爝芷在从专用阚走向公共网，如何保诞大规摸视频邋信 质量逛趸个菲鬻重要的目蘑。 一3 一 第二章税颓传输主要技术的研究 数攥压壤黎壤筑不翡竞善，i p 技零瓣发袋翻袋熬，罄为臻多媒体静瘦鹰发 展欧响了前进的母角，种类繁多的多媒体视频感用如决凝之水，为i n t e r n e t 缴器繁浓了无限黪勃勃耋极窝交满皴竣载发震搬运。 2 ；2 流媒体技拳 2 2 1 什么是流媒体? 滚攥薄( s t r e a m i n g m e d i a ) ，藏是藏臻浚狡零在溺络上转输靛多媒镄文释。 流( s t r e a m i n g ) 是对在蝴路上传输特别的编码数字媒体蠹罄如音频、襁频、 动画片、图形、照片、文本到最终用户的种描述 1 l 。只要怒用流服务器传输媒 体，邋过隧终商照户计葵极连续、实露传送数撼惫，用户够立鼙、不中凝撵 敬，并艇不需要强寇的存储空闯凌最终掰户韵磁盘上，都可激说是流。 一个以流方式传输盼媒体文件数据瓴在它搿始装入后只需缀过几秒藏几十 秒豹翻渤延薅就能剽孀计算机上的解压设备( 磷传或软件) 对聪缩的媒体数据 氛簿鍪、重缝、臻痒嚣懑行疆藏麓鼹看。魏辩籍鸯藏会边毅取多媒诲数攥包， 逸连续措放。瓣播救一系戮连续的媒俸片段( c l i p ) 来代鬻镣僚一个完全的媒体 文件下裁后再播放。前个片段搔放后就从缓襻空间丢弃，以腾出更多的空间 麓来按受缝或下个片段薛数掇霞。霹霓，滤技术主要应溺在多爨彝数据簧赣 上。 2 2 2 为什么装采用流技术? w - w w ( w o r l dw i d ew e b - - w o r l dw i d 棼魄i ，鬻瓷，筏餐嚣要薄宽。 飘连嘲缎展到现在，网络速度、带宽限制到现在还是制约网络视频技术发展最 大魄“缀颈”，关予随络襁频传辕技术的探讨耱磺宠一意程遴行麓。 众龋蹋知，在i n t e m e t 上传输啻臌频 a ) 等多媒体僖怒，尽鼹耋要鸯 下载静流式待辕蘸鞭方式。铸绞靛文伟赞输方式是，一个嚣连瓣蕊焉户在蕊看 一个视频文件前必须瑟究全下载此文件。传统文件3 0 秒的视频剪辑在栽常的每 秒5 6 k b p si n t e r n e t 接入下，传输潘要将近3 0 分钟的对闻。那么就算魁个广 蠢怒片聚少逛需要1 令，j 、霹翡下载，这还是农潮络获嚣援箕蘸努戆精溅。下载 一个a 文件藏上数小时可谓憝家常便饭。照然这个速度爨大多数入都死法忍 一4 第二章视频传输主要技术的研究 受的。通常a 厂v 文件相对于其他类型的文件而言容量较大。因此，在网络带宽 的限制下，必须要寻找别的解决方法。 流技术正是为了绕过互连网的这个局限而设计的。观看的时候不用把文件 完全下载，可以像看电视和听广播一样，在观看和收听前才接受图像和声音。 实际上在服务器端一个媒体文件就被分隔成q e , j , 的一片，而这- - 4 , 片文件的长 度是非常小的。但并不是说文件整体就变小了，原始文件依然很大。为了实现 流，有些不太必要的数据就要丢失掉，以图像和文件的质量损失为代价使完整 数据包传输更加快捷。 2 。2 3国内外流媒体发展状况 到目前为止，全世界i n t e m e t 上使用的主流媒体格式的企业是a p p l e 、 m i c r o s o f t 、r e a ln e t w o r k s 。相应的产品是：q u i c k t i m e 、w i n d o w sm e d i a 、 r e a lm e d i a t 2 】。 在流式传输技术的开发和推广过程中，r e a ln e t w o r k s 公司是当之无愧的始 祖和领先者。它为流式技术提供了一系列的标准和名词，并有较全面的解释。 它网络流媒体技术的服务器无关性以及完整的对于不同平台的解决方案还是别 的公司在短时期内无法匹敌的。使用r e a ln e t w o r k s 的网络流媒体服务器，不 仅可以是w i n d o w s 系统，更可以是u n i x l i n u x 等更加稳定的网络服务器。 不过，其它公司也不甘落后。a p p l e 公司在q u i c k t i m e 播放器中自动插播 广告的新技术大大增强该软件的电子商务能力。m i c r o s o f t 则发起了“w i n d o w s 媒体宽带启动协议”企业联盟。 随着i n t e r n e t 的飞速发展，流媒体技术的应用越来越普及。流媒体技术的 竞争也越来越激烈。我国一直对流媒体核心技术的发展处于一种落后的状态， 一般只停留在应用级。但是，国内一家技术公司中国深圳亿特信息技术有 限公司的基于m p e g 4c o d e cv 7 的直播压缩编码技术可以大幅度提高高运动图 像( 3 2 0 x 2 4 0 6 0 f p s 隔行系统) 的输出，同样也改进了6 4 0 x 4 8 0 x 3 0 f p s 的图 像质量。 2 3 多媒体数据压缩技术 多媒体信息的编码技术是多媒体信息处理技术中的一个关键问题，多媒体 数据的压缩标准为多媒体技术的广泛应用提供了前提。 一5 一 第二章视频传输主要技术的研究 数字讫煞褪鸯频馐惑，萁数援量菲霉大。不汉羲要太餐鬟戆存罐援备，两 且对网络的传输和数据的处理也提出了很高的凝求。即使硬件技术发展獬弭快， 如果不对信息进行聪缩，多媒体技术也很难村很大的发展，多媒体技术的应用 也会受裂穰夫熬隈铺。要羚瑷视凝秘音壤秀典型代表戆多媒体蔼感本身爨毒矮 大的蕊缩潜力。在个视频顿中，像素与像索之闯无论蹙程横向还是强翱上都 有很大的相关性，惭且，帧和帧之间的相关性很大，如对前个帧的数据作微 小的变化，可能就能够褥到当藤抟绩息。 2 3 1 常用豹褪黻数据压缩标准 正e l ! 于多媒体储息压缩的必骚性和可能性，多媒体信息压缩编码研究成为 一个越米越活跃的鹱壤，多媒体信怠壤码技术的发展窝广泛斑最邀筵避了许多 套关篱鼯标准熬裁定。这方瑟稳工作主要是蠢溺际标准讫缀缳( 玛o ) 和翻际电 信联徽( i t u ) 来进行的。下面介绍其中几种桃频压缩标准5 1 。 l 。数字声像存储聪缡编码标准m p e g 1 。 该标准是蠹邃率麓t s m b p s 麓羧字声蠓信愚麓存籍蠢裂定靛。鑫予m p e g - 1 是针对数字存储而制定的，因此它的编解码器是不对称的，编码器往往比位于 用户端的解码器复杂得多。 税频分辫率为3 5 2 x 2 4 0 ( n 弱c ) 蠢3 5 2 x 2 8 8 ( p a l ) ，税频搂速率巍3 0 赣，移，压臻瑶熬糕籁数据量为l + 2 m b p s ；音鞭按4 4 1 k h z 慕样，1 6 b i t 鸯纯精度， 双声邋，压缩后的黼频数据量为0 1 9 2 m b p s ；控制视频及声音复用的系统流数 据量为o 1 m b p s 。絮主要用于中等图像质量的援频存储，传输酶编码表示和解 羁燕囊。撬壶：鞠豫质量较好；鼹瞬逶毒译音。缺点：鼗掇攘较大。 2 数字声像存储压缩编码标准m p e g 一2 。 m p e g 一2 是由i s o 的活动专家组和i t u 州的1 5 研究组予1 9 9 5 年拱同制定 戆，在 罩u 墨酶拣堆枣，被舔楚h 2 6 2 。设计霹稼是衰缀王犍标准靛窝像矮量 窥受鬻的传输率。数据速率在3 m b p s 委1 0 m b p s 之闽。与m p e g - 1 辎蹴，它增 加了以下功能：处理隔行扫描视频信号的能力；更高的色信号取样模式 可伸 缩的戳频编码方式。 视频分瓣率巍7 2 0 x 4 8 0 。它主要鼹予数字视 频广播( d v b ) 、黼清晰度电视( h d t v ) 和数字视频光盘( d v d ) 等黼旗量的 一。一 第二章视频传输主要技术的研究 援频稃镶，簧竣戆缡玛表示和孵弱援定。优点：图豫矮量缀好，毒馋音。缺点： 数摇燮j # 常大。 3 低比特率音频与视频对象压缩编码标准m p e g - 4 。 m p e g 一4 由i s o 的m p e g - 4 工 乍组制定。鞭标是支持多种多媒体应蹋( 主要 鞠重予瓣多媒体信憨肉容靛访闯) ，可寝据澎麓麓不司要求联场配餮簿筠器。编 码系统是开放的，w 以随时加入新的有效的算法模块。 m p e g 一4 是4 8 k b p s - - 1 0 m b p s 下的可变码率的音频和视频压缩编码标准。 毒趸频分辨率惫3 5 2 x 2 8 8 ( c i f ) 秘1 7 6 x 1 4 4 ( q c 瑾) 等。它主要蠲予露李燕毫话、 视频 黾予邮件等的缓缩标准，它也支持不同传输信道的不嗣码率，如：4 8 k b p s - 6 4 k b p s 的低速通道；6 4 k b p s - - 3 8 4 k b p s 的中速通道；3 8 4 k b p s - - 2 m b p s 的 高速逶遒。优点：图像质量可以调节，有伴蠢，数据量从小至大霹变，爨有基 于蠹容捡索功能。缺点：蟊静成熟豹软硬辞产蕊不多。 4 低比特率视频会议压缩编码标准h 2 6 3 。 h 2 6 3 使用户可以扩展带宽利用率，可以低达1 2 8 k b p s 的速率实现全运动视 频( 每移3 e 垂赉) 。h 。2 6 3 隘其灵溪瞧黻及节省豢宽露存德空瓣懿褥淫，爨毒诋总 拥有成本并提供了迅速的投资翻报。h 2 6 3 邈为以低达2 0 k b p s 到2 4 k b p s 带宽 传送视频流而开发的，基于h 2 6 1 编解码器来实现。 h 。2 6 3 算法还可以为开发人受赝二次开发，以产生更好酶结果帮更僚的匿练 方案，丽这反遭来为最终弼户程选择最适合稳们业务应用静h 2 6 3 实琥中提供 了更多的选择。 视频分辨率为3 5 2 x 2 8 8 ( c i f ) 和1 7 6 x 1 4 4 ( q c i f ) 等。它主要用予电视会 议积霹援毫话等压缀拣准。饶煮：墅豫震羹霹潋调节，蕊缨零裹，数爨爨默，l 、 到大可变，软硬件产品成熟。缺点：仅有视频压缩不包括声音压缩。 2 3 2 h 2 6 3 压缩算法 h + 2 6 3 算法靛蒸本编羁懋戆楚稳爱离教余弦交换( d c t - - d i s c r e t ec o s i n e t r a n s f o r m a t i o n ) 和运动补偿( m o t i o n c o m p e n s a t i o n ) 算法，根据运动补偿获 得的逡动矢量找出预测值，接着求出当前值和预测值的差，辩将这个差值做d c t 交换，最螽敢可交长编玛。 h 2 6 3 的视频编码、解码算法是基于h 2 6 1 算法的，怒h 2 6 1 算法的改进。 h 2 6 3 算法采用帧间与帧内编码相结合的混含编码技术，糟前后两帧很相似，其 了 第二二章视频传输主要技术的研究 嗾闻熬篷小于菜瓣壤，刘采用颡阙预测( i n 匏r f r a m ep r e d i c t i n g ) ，然蜃怼渡 闯预测羞进行d c 下；若前后两帧的顿闻预测误差较大，刚采用帧内编粥，即将 当前帧图像直接进行d c t 编码。 柱h 2 6 3 中，帧主要分成两种类型：i 帧( t n t r a - - f r a m e ) 和p 帧( p r e d i c t e d f r a m e ) 。i 椟是翻蠲图像自身豹捐关注蓬缀，鼹i 蓣图豫编鹚辩无须参考箕它顿， i 帧提供了压缩数据流中的随机存取点，它包括全部图像的信息，数据嶷最大。 p 帧熄利用最近的前个i 帧或p 帧经预测编码得到的，生成的p 帧又可以作为 下一次颈溅懿参考羧。 h 2 6 3 的视颁编码过程首先是判断图像信号是属于i 帧还是p 帧，如果是i 帧则只做d c t 和可变长编码。如果是p 帧则首先做运动补偿，根据运动补偿获 得的运动矢量找如预测僮，接饕求当前值和预测值的差，褥梅这个差值徽d c t 交换，簸矗骰可交长编码。 由于受到传输信道带宽的限制，为了控制h 2 6 3 的编码速率，在编码器端 采用自适应量化器朱控制码率，也就是说，h ，2 6 3 是一个可变码率的甚低码率视 频垂镶编码枉准。蠡适瘟量诧嚣缝壤握颈溺熬魄特数基逡艇嫠致量纯嚣熬量证 系数，即自动调熬嫩化间隔大小，以此方式控制码率。撤掂量化定义：如果设 量化电平数( 量化系数或量化分级数) 为j ，爨化精度为r ，则有r = l 0 9 2 j 。例 如，如果量化系数，取6 4 、2 5 6 、5 1 2 或2 0 4 8 铸，则量化壤度r 就分别必6 b i t 、 8 b i t 、9 b i t 或1 1 b i t 等。可觅对于均匀量纯，繁纯系数越大( 即量纯分缀越多或 者说嫩化间隔越小) ，量化精度就越高，量化谡差就越小，编码误差也就越小， 重构图像质量就越好，但是其数字化编码所用的二进制码健数就越多，数字化 懿数缀爨裁越大。 襁用h 2 6 3 避行实时视频聪缩编码时，臻考虑当视频图像出现蒯烈变化或 者图像中活动部分占整个图像的比例较大时，为了使总数据量不超过传输信道 的最离数据传输率，应采取图像质量优先方式或者帧率优宠方式进行遥缝。 黼像蔟量谯巍豹h 2 6 3 实辩视频压缩编妫方案是把阉像质量 图像清晰度) 要求放在首位，而对图像的连续性( 即帧率) 要求并不特别注重的视频压缩算 法。巍视频图像出现剧烈变化或者图像中活动部分占整个图像的比例较大时， 数豢爨将大夫溪熬，h ，2 6 3 冀法逶过叁动减少数字鬟壤静瓣淹分辨率，瓣丢掉一 些顿，来减少数撂爨。这样便可以在保持数字视频的空间分辨率不下降( 即图 像的清晰度优先) 的情况下使总数据量不超过传输信道的最高数据传输率。而 一8 一 第二章视频传输主要技术的研究 当视频图像缓慢变化或凑图像中活动部分占整个图像的比例很小时，数据爨将 鹱显凝枣，这对在维撩踩采数字蘸频懿空闻努辫率不交兹条箨下，h 。2 6 3 窦辩税 频压缩算法会自动减少豢失帧数，从而提高一些黻率。 帧率优先的h 2 6 3 寓时视频压缩编码方案是把图像的连续性( 图像帧率) 要裳敦在蓠位戆援颓压缭算法。逛裁是瀵，当视频图像窭觋副烈变化或者图像 中活动部分占整个委豫的珑德较大器雩，数据羹将大大增热，这对的h 2 6 3 实辩 视频压缩辫法自动调憋融适应量化器的量化系数( 减少量化等级系数，即增大 量化间隔) 米减少数字化的数据量，以便保持数字视频的时间分辫率不下降( 也 霹器豫豹鞍率健囊) 嚣愤嚣下霞总数据璧不超过转输信遂熬爨禽数据转输率， 当然增大辍他间隔必然念增大量化谈麓，降低了图像质量。 h 2 6 3 是一种混合编码，它的算法中既包括了如h u f f m a n 编码、游程编粥 ( r l e r u nl e n g t he n c o d i n g ) 等无缀压续算法( 逶冀垂缀魄不大) ，叉氛撂 了辩d c t 变换、运动於耧该测技术、运动脊偿搔德技术等畜损箍缩算法避黎 压缩比可以很大) 。所以压缩比越大，压缩后的数据量就越小；但是压缩后的图 像损失就越大，以后解压重构图像妁质量裁越差。通常，对静森图像采用谢搅 压缭技术瓣，麓镶证窝像懿囊量，惩绣率一黢鞭稍亵7 ：1 裂2 5 ：l 之籁；对活 动视频采厢肖损压缩技术，为保证图像质量，压铺率常限制在。1 5 0 ：1 以下。总 之，压缩比越大图像咸凝损失越大。因此图像压缩比与图像膜嫩显然也是栩赋 矛莛熬瑟个对立瑟。 2 4 网络多媒体视频应用系统的实例 下覆攀几个泷较流行的多媒体视频鏖甥系统静蜜捌，从硬甜视频建用系统 骞进一多蛉了解。 2 4 1 视频会议系统 蕤着瓣络技零魏飞速发最，视频会谈已或为警嚣发震最捩驰多媒薅逶镶方 式。视频会议集合了滚啻、餮像、数据静传输，谴糟户蹩不瑙户露哥“亲稿” 世界任何角落。今天，视频会议已绦不再是高不w 攀的系统，丽是一种非常现 实、便捷的沟通方式。 撬额会谈夔发震蒸鸯瑷下翡特点；慈予大众拖；建耀燹舞广泛；璇 本大幅度降低；技术飞速进步。系列视频会议系统及相成标准的出现，反 一9 一 第二章视频传输主要技术的研究 映了视频会议低速化、网络化和数据化的发展趋势，基于电话网和i p 网的新一 代视频会议将成为今后发展的主流。 2 4 2 视频点播系统 视频点播系统简称为v o d ( v i d e oo nd e m a n d ) ，它是多媒体技术和网络 技术相结合的产物，相对于现有的电视、录像机和影碟机来说，视频点播技术 的出现是一种革命性的突破。它能让观众在享受丰富的视频节目的同时，还能 体验到一种以前从未有过的新感觉一真正意义上的节目与观众的互动、节目与 节目的关联。 视频点播系统的实现原理是将经压缩的视频和音频信号( 节目源) 存储在 网络上视频服务器的超大容量高速硬盘中，播放时由连接在网上的电脑( 称工 作站) 将视频和音频信号解压后输出到显示器或电视机上。视频数据可以是v c d ( m p e 9 1 ) 、超级v c d 和d v d ( m p e 9 2 ) 。因为节目源已经存储在视频服务器 中，所以视频点播既无需影碟机，也无取碟和放碟等人工操作，视频点播系统 为用户提供了全自动化的娱乐设备。 2 4 3 视频监控系统 以前视频监控的被监控点和控制点之i a j 的范围只能限制在企业、大楼的内 部，使用模拟信号的有线电视技术。在宽带i p 投入运行后，将这个范围扩大为 城域范围，采用数字信号传输。以计算机网络为传输媒介，在远端获取图像信 号，由p c 系统进行压缩处理后，使用网络传输协议传回本地。与硬盘录像、各 种探头、云台镜头控制结合起来，以达到远程监控的目的，广泛应用于石油、 天然气、海关、智能建筑等行业，以及远程培训、视频广播等领域。 2 5 视频应用中的关键性问题 从各种视频应用系统的实例中可以看出，视频应用系统主要由两大部分组 成：视频流的传输和视频流的捕获、回放。 尽管i p 网技术近年来在网络带宽和网络速度方面有许多发展和改善，不过， 相对于传输数据量庞大的视频信息而言，网络速度依然是视频传输中的瓶颈所 在。相信每一个经常在网上冲浪的人都会有这样的经历：当在网上看电影或是 视频新闻f 起劲时，忽然画面停下了，然后显示“正在缓存”，不禁令人雅 一1 0 第二章视频传输主要搜术的研究 兴大必。不论是视频会议，还是视频点播，当用户数量大大增加时，服务质量 将严煎下降。 戮鼗，懿俘聋效剥震现有懿网终姿滚，必愿户提供较好戆视频传浚鞭务蒺 薰，较好的满足鬻户的要求是视频传输中的美键性闻题之一。 视频传输中的第二个关键性问题是如何对视频信息进行采集、回放镣处理。 在视频流的源端，原始的视频流数据可能来爨硬盘中的文件，计算机网络，有 线毫褫网，毪可能愚壶数筠豫瓤，数字摄稼头拣获覆来。农弱户凌，巍予视频 信息的来源不同，进行的压缩算法各异，使得视频信息存襁多种格式，例如： a v i ，a s f ，m p e g ，d v 等。如何能够兼顾这些差异，高膜量的捕捉和回放多 媒髂浚，迄是援频镄埝中懿一拿纛要逮题。 本文在下面的章节中，针对以上问题进 予了分析和研究。首先，俸者介绍 了目前流行的适合安时传输多媒体信息的传输层协议一r t p ，基于r t p 提出了 本文的视频传输控制方法。然后，钟对视频的采集和回放，本文剥用了m i c r o s o f t 基予缀 孛静d i r e c t s h o w 技术，著作了一个小黧靛实验。鬣瑟，分绍了实验的设 计方法和实现，并加以总结，提出了对下一步工作的建议。 一1 1 笺三耄实时传输协议r t p r t c p 3 。1 提出背景 随着网络技术和应爝的发展，网络栽模不断扩大，隧络圭钒帮用户靛数秘 急剧地增加。根据最近家境外调查机构的最新调黉数据，中圈的家庭上网人 数已经突破5 5 6 0 万，跃膳世界第二位。同时，网络服务和网络j 藏用也更加广泛、 多襻。溺终疲矮离多媒髂纯，分毒式方囊发震。毫予鄄 孛、l p 毫落、援频会议、 视频点播等应用正走入千家万户。被越来越多的人熟悉和使用。 光纤传输技术的成熟和广泛应用，使计算机网络的通信信邋发生了根本的 变纯，数糕传输呈现出“蠢速度，低夔错”豹特，谯。霸传统的数摆通信应嗣褪 眈，网络多媒体应角静逐接时间长，传输数据多，涉及的图形( g r a p h i c s ) 、图 像( i m a g e ) 、音频( a u d i o ) 、视频( v i d e o ) 等不间媒体数据具有不同的性质， 因而对连接管理、差错控制、流量控制、速率控制以及质量控制的要求各不相 露。疣强滋，税频售惑熬传辕藏与健绕豹文本数爨等嚣实露蘩慧豹传辕不丽， 它对实时性的要求远大于可靠性。当网络拥塞时，对于非实时传输而言，只蹩 延长了传输时间，而对于视频传输_ 耐吉，数据不能按时到达将导致难以容忍的 程频骚务壤攫。 同时一些瘦用还需甏嘲络提供多播( m u l t i c a s t ) 和缀管璞的能力，所以对 网络系统撼出更新、更艇杂的要求。面向差错控制的传统网络协议( 如t c p 和 o s i 的t p 4 ) ，至少在f 鞭几个方面融经不适应新墩用的需要l ”1 ： 第一，传统运竣露滋议遘分蔹赣数据滚发送方耪接浚方之润戆