硕士学位论文-手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究.doc

上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 I 摘 要 随着无线多媒体通信技术的飞速发展，尤其是近年来 3G 和 Beyond3G 移 动通信系统的建立，在无线网络上传输以视频信息为主的多媒体数据业务成为 现代通信领域和多媒体领域的一个研究热点。由于无线网络易丢包、时延大、 不稳定等缺陷，对基于无线网络的手机视频业务造成操作反应慢、播放缓冲时 延大、跨网切换会话保持不稳定、马赛克等问题，极大地影响了手机视频业务 的发展。文章针对这些问题，根据视频流服务在移动环境下的传输特性及优化 技术的最新进展，在现网（实际运营网络）环境下提出了优化实施方案并进行 了相应实验。 首先，在了解无线多媒体通信技术应用现状的基础上，确定了系统的基本 结构和基本功能，提出了系统的总体设计方案，按照设计流程将系统划分为视 频数据包发送与接收模块、统计传送数据包过程中的时延/带宽/丢包率模块、以. txt 文档存储数据模块三个功能单元。然后对无线视频传输系统的实施方案进行 了详细分析和研究。 第二，本论文采用了多普达通讯公司提供的多普达 P800 智能手机和中国 移动提供的动感地带 SIM 卡作为无线传输终端（同时开通 GPRS（General Packet Radio Service）无线上网功能）。采用微软公司的 Windows Mobile 5.0 Packet PC SDK ARMV4I 软件开发包以及 Microsoft ActiveSync 手机同步 软件等，基于 Visual Studio2008 进行系统开发，采用 RTP 协议对数据进行封 装和打包，通过 Socket 套接字实现数据的发送与接收，完成视频信息的传输。 第三，本文重点对视频传输质量的性能进行了测试与分析，通过比较在不 同场合下测试的丢包率、时延、带宽，在现有的视频传输协议的基础上提出了 优化实施方案，并基于此方案实现了无线网络下的视频传输，改善了视频传输 质量，从而证明了整个设计方案是可行的，最后对全文的工作进行了总结，并 对未来无线传输系统及传输技术的发展及应用进行了展望。 关键词关键词：视频传输，无线通信，GPRS，套接字 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 II ABSTRACT With the rapid development of the wireless multimedia communication technology, especially with the establishment of the Beyond3G and 3G communication systems in recent years, it is a hot topic in the field of modern communication and multimedia that transmitting multimedia data mainly on video information in the wireless network. Since wireless networks are easy to packet loss, large delay and unstability, mobile phone video services based on wireless networks result in slow response to operation, the player buffering large delay,unstable inter-network switching sessions,mosaics and so on,greatly affecting the development of mobile phone video services.In order to solve these problems, according to the transmission characteristics of video streaming services in the mobile environment and the latest progress of optimization technology, the optimizing program is put forward for current network environment and the corresponding tests are carried out. Firstly, wireless multimedia communication technology and its application in mobile video services is studied in this paper, the systems basic functions are made clear and the overall theme of the whole system is determined under the background of the development of wireless multimedia communications technology in this paper,according to the process of the whole system, the system is divided into three functional parts: sending and receiving video data packet module, the process of statistical data packet transmission delay、bandwidth、 packet loss rate module, storage module with .txt files. And then, the wireless video transmission theme is analyzed and studied in details. Secondly,wireless transmission terminal consists of the Dopod P800 Smart phone provided by Dopod Communications company and the dynamic areas SIM card provided by China Mobile company in this paper, meanwhile 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 III the smart phone should have GPRS (General Packet Radio Service) function access to network. Based on the platform of Visual Studio2008、Windows Mobile 5.0 Packet PC SDK ARmV4I and Active mobile synchronization software provided by Microsoft, using RTP protocol for data encapsulation and packaging, this scheme completes sending and receiving data by Socket and realize video information transmission. Thirdly, the performance of video transmission quality is mainly tested and analyzed in this paper, the optimization scheme is proposed under the basis of existing video transmission protocol by comparing testing results of packet loss rate, delay, bandwidth, under different occasions, realizing video transmission under the wireless network and improving the quality of video transmission, and the scheme is proved to be feasible.Finally, the whole article is concluded and wireless transmission system and transmission technology for future development and application are put forward. Fanyong Yan (Communication and Information System) Directed by Prof.ZhangYing KEYWORDS: video transmission, wireless communication,GPRS,socket 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 IV 目 录 第一章 引言 .1 1.1 课题研究背景.1 1.2 国内外研究现状及研究意义.1 1.3 本文的主要工作及结构安排.2 1.4 本章小结 .3 第二章 无线网络视频传输技术.4 2.1 无线视频传输技术概述.4 2.2 手机无线网络传输技术.5 2.3 无线视频传输的主要难点.7 2.4 本论文的解决方案.8 2.5 本章小结 .8 第三章 无线视频传输协议.9 3.1 基于 IP 的流媒体实时传输和控制协议.9 3.1.1 RTP 协议分析.9 3.1.2 RTCP 协议分析 .12 3.1.3 实时流协议 RTSP.14 3.1.4 资源预留协议 RSVP .14 3.1.5 视频传输有关的通信协议.14 3.2 UDP 传输协议分析.16 3.2.1 UDP 协议综述.17 3.2.2 UDP 协议的操作.18 3.2.2.1 无连接服务 .18 3.2.2.2 流量控制和差错控制.18 3.2.2.3 封装和拆装 .19 3.2.2.4 排队.19 3.2.2.5 复用和分用 .21 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 V 3.2.3 UDP 协议优点.21 3.2.4 UDP 协议的不足.22 3.3 优化方案下的无线视频传输机制 .22 3.3.1 FEC 传输控制机制.23 3.3.2 ARQ 传输控制机制.24 3.3.3 HARQ 传输控制机制.24 3.3.3.1 HARQ 传输控制机制分析.24 3.3.3.2 HARQ 传输控制机制的不足及改进方案.26 3.3.4 优化方案中简化的传输模型 .27 3.4 本章小结 .28 第四章 无线网络视频传输模型.29 4.1 客户机/服务器模型.29 4.2 无线网络传输接口.30 4.2.1 套接字.30 4.2.2 套接字类型.30 4.3 无线视频传输系统需要考虑的问题.31 4.4 套接字与视频传输模型的关系.33 4.5 基于套接字视频传输的实现方案 .35 4.6 本章小结 .38 第五章 无线网络视频传输的实现方案.39 5.1 利用 MFC 类库设计无线视频传输系统.39 5.1.1 无线视频传输类库.39 5.1.2 MFC 中的 Windows 套接字类.40 5.2 无线网络视频传输的实现流程.44 5.2.1 服务器端实现流程.45 5.2.2 客户机端实现流程.48 5.3 实验数据与结果分析 .53 5.3.1 实验测试环境及网络拓扑结构.53 5.3.2 实验测试步骤与结果.54 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 VI 5.3.3 测试结果分析.59 5.4 本章小结 .60 第六章 总结与展望.61 6.1 论文总结 .61 6.2 工作展望 .62 致 谢.63 参考文献.64 攻读硕士期间公开发表的论文.68 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 1 第一章 引言 1.1 课题研究背景 随着 TD-SCDMA、TD-LTE 网络的快速发展，视频业务被认为是 TD-LTE 上 极具前景的应用，得到了各方面的重视。但是，由于无线网络易丢包，时延大等不 足，对基于无线网络的手机视频业务造成操作反应慢、播放缓冲时延大、跨网切换 会话不稳定、马赛克等问题，极大地影响着手机视频业务的发展。因此需要研究视 频流服务在无线网络环境下的传输特性及优化技术，并针对现网环境进行实施和测 试。无线视频传输是无线多媒体通信的重要组成部分，视频信息传输的无线化打破 了传统同轴电缆和光纤受制于硬件连接的不利局面，具有更强的便捷性、灵活性和 可操控性。无线视频传输技术的发展已对无线移动网络的架构和无线视频传输协议 产生了深远的影响，但是由于无线信道带宽资源有限，而且具有随机性和时变性， 外在干扰因素多，再加上视频信号本身数据量比较大，对实时性要求高，因此在数 据传输中存在许多值得研究和需要解决的问题。 1.2 国内外研究现状及研究意义 目前国内外很多科研机构和通信厂商都陆续推出了自己的视频传输技术及相关 产品，并对其进行了深入的研究。根据传输媒质的不同，可以将视频传输技术分为： 有线视频传输技术和无线视频传输技术。本课题主要研究了无线视频传输技术，它 是一种基于卫星或微波的视频传输技术，这种视频传输有较大的可操作性，可以在 短时间内构造一个宽带网络。无线视频传输技术通过无线信道进行传输视频信息， 然而我们知道无线信道资源是十分稀缺的，并且存在多径效应、衰落效应等，是一 个很典型的时变噪声信道，这就从本质上决定了无线信道的高误码率，并且错误都 是突发出现的，具有很强的随机性，只有准确地估计出无线网络条件，并且采用有 效的信道编码方法才有可能消除或减轻信道误码的影响，从而提高视频传输的可靠 性。该论文详细分析了现有的无线视频传输协议，并在此基础上提出了基于 UDP 传 输协议的优化方案，并用 C+开发语言在 VS2008 平台上实现了该视频传输方案。 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 2 GPRS 网络是目前国内三大通信运营商（中国移动、中国联通、中国电信）近 几年铺设较成功的数据通信网络，传输速度快。GPRS 数据传输技术，目的在于实 现基于无线网络环境的视频传输系统，该系统有广阔的市场应用前景，可以广泛应 用于高速公路、地铁、公交车等有线网络实现时存在弊端的环境。事实证明，在移 动多媒体业务、无线视频会议、高空监视、军事侦察、卫星遥感等领域，视频通信 的强大信息量使得开发无线视频通信应用，具有广泛的应用前景和重要的现实意义。 该论文的研究方案采用多普达 P800 智能手机以及中国移动提供的 GPRS（General Packet Radio Service）无线通信网络进行相关的测试实验与研究。 当前，全球已有上百家通信运营商向用户开通了 GPRS 商用系统及实验系统， GPRS 技术已开始在全球的 GSM 网络中广泛部署。国际上有名的电信设备制造商 爱立信、诺基亚、摩托罗拉、西门子等都在积极开发 GPRS 相关产品，并提出一系 列的解决方案。目前，国内外采用 GPRS 网络进行无线视频传输技术还不够成熟， 因而本课题的研究意义是很有必要的。 1.3 本文的主要工作及结构安排 本论文的主要研究内容有： （1）理论研究：深入研究了无线视频传输协议；深入学习和掌握了 PC 上 Windows 操作系统下的 VS2008 和多普达 P800 智能手机上的 Windows Mobile 操 作系统下的编程方法。这是本论文的重点所在。 （2）软件实现：在切实掌握无线视频传输协议的基础上，用 C+开发语言实 现了基于 UDP 协议下的服务器端（PC）和客户机端（手机）的无线视频传输，并 分别在不同的应用场所测试出了视频传输过程中的丢包率、时延、带宽，根据视频 传输特性恶化的场所提出了对应的优化方案，并通过实验验证出了在优化方案下的 无线视频传输性能的改善。这是本论文的难点所在。 作者在查阅大量相关文献的基础上，提出并设计实现了一种基于中国移动提供 的 GPRS 服务的无线视频传输方案，并对整个方案的性能进行了相关的测试实验和 系统分析，同时对所取得的实验结果进行分析总结并对未来工作进行了展望。 本论文行文路线如下： 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 3 第一章主要介绍了目前国内外关于无线多媒体通信技术的研究现状，明确了论 文的研究目的和研究意义。 第二章概述无线视频传输技术，分析现有的无线视频传输技术及主要难点，并 根据当前存在的技术瓶颈提出了本论文的解决方案。 第三章详细分析了现有的无线视频传输协议，并分析出其存在的不足，根据协 议中的这些不足之处，引入了容错控制机制，从而提出了优化方案。 第四章主要介绍套接字网络传输概要和优化方案中 C/S 模型的搭建，并为第五 章的系统实现做了铺垫。 第五章详细介绍了利用 socket 套接字进行网络视频传输的算法思想及代码实现， 实现了基于 UDP 协议优化方案下的无线视频传输系统。 第六章对全文做了总结和展望，同时对未来无线传输系统的进一步完善指出了 改进的方向。 1.4 本章小结 本章主要介绍了本课题的研究背景、研究意义以及目前国内外对本课题的研究 现状和研究应用程度，同时介绍了本论文研究方案的主要研究工作量，阐明了论文 的行文结构和逻辑框架，使读者能够对本论文的逻辑结构有个大体的了解和把握。 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 4 第二章 无线网络视频传输技术 2.1 无线视频传输技术概述 “视频”最初源自英文单词 Video，日常生活中我们所看到的电视、电影、 VCD、DVD 中的活动的图像都是视频的范畴。视频，顾名思义相对于静止图像而言， 它是活动的图像，而实际上我们所看到的视频图像是由许多单一的、静止的图像所 组成的，每一幅图像用通信的专业术语来形容称为一帧。由于人眼在视觉上的惰性， 每秒钟切换 24 帧的静止图像就形成了看似连续活动的视频图像112。 我们知道视频图像所含有的信息量（相对于其他格式的信息量而言）是非常庞 大的，要想实现视频数据可靠、有效地传输，必须采取高效的视频压缩编解码算法 和容错控制技术，以此来减少视频传输对信道带宽的要求，以达到既能提高视频信 息的传输速率，又能进行可靠地传输视频信息的目的。鉴于此，该论文主要研究了 手机视频在无线网络下的传输特性，以及在优化方案下的容错控制技术。 现已发展很成熟的 Internet 网络、有线电视网络、电信网络等有线通信网络， 给人们的生活确实带来了很多便利，这三种网络的融合是未来网络通信的发展趋向， 未来，人们可以享受到“三网融合”所带来的更加便捷的服务，但是在许多场合当 安装物理媒质有困难或当移动用户需要实时无线视频业务的时候，无线视频通信技 术所起的作用就不言而喻了。视频传输的强大信息量以及无线信道有限的系统带宽 资源，使得开发无线视频传输的应用成为国内外研究热点，然而，由于技术上的不 先进，现有的无线通信技术主要局限于数据与语音传输(如手机通信)，无线视频传 输业务及其增值业务还很不成熟，未得到广泛的应用。 手机视频是通过移动网络流媒体和文件下载方式，为客户提供以音频、视频为 主要形式的服务，客户可以通过支持视频功能的手机观看视频直播，进行视频点播 和下载视频信息，或者向好友推荐视频节目以及发表观感。支持视频功能的手机视 频业务目前支持三种观看模式：在线播放、下载播放和手机视频客户端。 在中国，短信业务作为 2G 手机时代“极具前景的应用”为移动运营商带来了 可观的收益，3G 手机不会同 2G 手机一样只为客户提供某一种业务。作为 2G 手机 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 5 的下一代，3G 手机在改进语音业务质量的同时，还能够提供无线移动高速传输的数 据业务，同时还可以满足用户对增值业务的多样化需求。在这种形势下，3G 手机提 供的多样化增值业务对电信运营商而言有着不小的吸引力。随着 3G 时代的到来， 无线网络将为视频传输、下载业务提供更大的带宽和传输速率，支持视频的手机， 功能也会越来越强大，为手机视频业务的发展带来了广阔的市场空间。 手机视频业务不仅为电信运营商带来流量收入，同时，由于通过手机向用户传 送视频，能够对用户进行更好的细分和归类，很多广告公司都在翘首以待，由于广 告更具相关性、个性化且定位清晰明确，与手机视频传输相关的增值业务会有力地 吸引到广告主的投入，手机视频广告将为电信运营商带来新的收入。在 3G 市场发 展领先的日本、韩国以及欧美等国，手机视频业务已经占到增值业务的 50%以上。 不远的将来我们就会看到，随着中国 3G 市场的发展和相关技术的推广，手机视频 业务也将成为我国电信运营商的主要增值业务。 2.2 手机无线网络传输技术 到目前为止，我们已经经历了三代移动通信网络：第一代是出现于 20 世纪 70 年代的模拟移动通信网络，典型的代表实物是俗称为“大哥大”的通信终端；20 世 纪 80 年代欧洲出现了第二代移动通信网络，主要是以语音业务为主的数字移动通信 系统，典型的终端代表物就是我们现在普遍使用的 GSM 手机，它主要有两个标准， 一个是源于欧洲的 GSM，一个是源于美国的 CDMA；20 世纪 90 年代 ITU 提出 IMT-2000 的第三代移动通信网络，它主要是以更高速率承载包括数据业务的数字通 信系统，当前它的三个主流标准是：欧洲和日本采用的 WCDMA 标准，北美采用的 CDMA2000 标准以及我国自主提出的 TD-SCDMA 标准。当然了还有已经进入算法 研究期的第四代移动通信网络1516。 表 2-1 阐明了当前 2G 和 3G 移动通信的主要技术标准和数据传输带宽34： 表 2-1 移动通信的主要技术标准和数据传输带宽 技术标准数据传输带宽 GSM(GPRS,EDGE)(2G)9.6Kbps-115Kbps CDMA2000(3G)384Kbps-2Mbps 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 6 WCDMA(3G)384Kbps-2Mbps TD-SCDMA(3G)384Kbps-2Mbps 下面我们将详细了解无线网络传输中的关键技术无线接入技术： 常用的无线接入技术以及技术特点见表 2-2 所示33： 从无线接入技术的发展历程可以看出无线网络的发展趋势为：不管采用哪种无 线接入技术最终都会融合到一种基于 IP 的新一代无线网络技术Beyond3G，在 相互融合的过程中都要解决无线网络接入技术的异构性。所谓异构性就是信息共享 以及信息系统之间互操作的主要障碍和瓶颈，在通信系统中普遍存在。为了实现无 间隙、无盲区、无重叠的无线接入，同时保证高带宽和终端的移动性，不同的接入 技术的将优势互补、长期并存。无线网络接入的带宽与有线网络相比依然是十分有 限的，而且保持相对幅度的波动，具有很大的随机性。这使无线网络视频应用的服 务质量参数（带宽、时延、丢包率等）呈现出极大的波动。 表 2-2 常用无线接入技术性能指标 接入技术物理层码率信道带宽调制技术信道编码错误控制 WCDMA64-384Kbps5MHz 下行：QPSK 上行：BPSK 卷积码 Turbo 码 SR ARQ HSDPA 64Kbps- 14Mbps 5MHz QPSK 16QAM 码率 1/3 Turbo 码 I-型 HARQ II-型 HARQ CDMA20001.2-307.2Kbps 1.25Mbps (1x) 5Mbps(3x) 下行：QPSK 上行：BPSK 卷积码 Turbo 码 SR ARQ CDMA2000 1X EV-DO 下行峰值： 1.25-2Mbps 上行峰值： 144Kbps 1.25MHz 下行：QPSK 8PSK 16QAM 上行：BPSK 卷积码 Turbo 码 II-型 HARQ GPRS9.06-171.2Kbps200KHzGMSK卷积码 SR ARQ FEC EDGE8.8-473.6Kbps200KHzGMSK 8PSK卷积码II-型 HARQ 802.11 6-54Mbps(11a) 1- 11Mbps（11b ） 1-54Mbps(11g) 20-22MHz OFDM(11a) CCK(11b) OFDM+PBCC (11g) 卷积码SW ARQ 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 7 2.3 无线视频传输的主要难点 通常，无线信道带宽资源是十分有限的，再加上干扰因素多，并且视频信息本 身数据量大，同时对视频信息传输的实时性要求高等原因，无线视频传输面临着很 大的困难和挑战1718。 (1)视频传输中的有限带宽 这主要是因为庞大的视频信息量与严格的实时性要求。举个例子来说，移动可 视电话一般采用 QCIF (Quarter Common Intermediate Format，通用中间格式)分辨 率的图像，它有 176 X 144=25344 像素，若每个像素用 24 位颜色来表示，一帧图 像的数据量就为 608.256K 比特，如果再考虑到实时视频传输要求的帧频(一般为每 秒 25 帧)，数据传输速率就要求高达 15.2M 比特/秒。此外，无线通信的有限带宽还 受时变、噪声特性的无线信道的影响。在有效带宽资源的限制下，实现具有庞大信 息量的视频数据的传输，使得无线信道的资源显得更为紧张。 (2)视频传输中的实时性 视频传输，相对于一般的数据传输（比如文本、音频等）而言，对实时性要求 更高。就多媒体应用来说，点到点延迟一般来说不能超过 150 毫秒。这段延迟时间 内，无线视频传输系统既要通过高效的视频编解码算法实现数据在发送端与接收端 的压缩与解压缩，还要通过无线视频传输协议实现视频数据的可靠传输。超过了这 个时间阈值，接收端会明显地感到延时，达不到视频传输的实时性要求。 (3)丢包率问题 由于视频传输采用的视频传输协议是无连接的、不可靠传输，再加上移动终端 的随机性、移动性，使得丢包率相对于有线传输而言会有很大程度上的变化，严重 时还会出现视频画面的间断、马赛克等问题，使得视频传输可靠性得不到保证。 (4)能量供应与消耗问题 由于用于无线通信的终端设备（手机）大多采用电池作为供电来源，因此做到 通信过程的前后耗电量最小是无线通信技术的另一要求。在多媒体通信中，主要包 括计算能量(在信号预处理上，如信号压缩与解压缩)和通信能量(信号在无线信道上 传输需要的能量)。 (5)无线视频的 QoS (Quality of Service，服务质量)保障 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 8 在无线通信中，影响 QoS 的因素很多。比如用户的移动，天气的变化，周围环 境的变化和用户数量的增多等都会影响到视频的服务质量。此外，为了实现视频信 息的有效传输，必须在发送端对视频数据进行压缩和控制，但是由于压缩后的数据 比压缩前的数据对传输误差更为敏感，这必然会影响到视频的服务质量。 (6)安全性问题 无线视频传输的安全性问题一直是无线通信的一个大问题。尤其是商用和军事 上对安全性要求就特别高。当然对个人通信而言，这个要求相对来说低一些。 现在 普遍采用的扩频通信技术能够较好的解决视频传输中的安全性问题。 理论上可以通过增加信道带宽和优化处理技术来解决前面三个问题， 后面三个 问题采用高效合适的射频和调制解调技术可以得到有效地缓解。本论文的研究方案 主要采用容错控制的优化处理技术，改善视频传输特性，提高视频服务质量。 2.4 本论文的解决方案 该论文先从理论上详细分析了现有的无线视频传输协议，然后在此基础上提出 了优化解决方案，也就是在 UDP 传输协议下，对采用 RTP 封装打包后的视频数据 包加入 HARQ 容错控制机制（第三章将详细介绍该算法控制机制），利用多普达 P800 智能手机和中国移动提供的 GPRS 服务进行现网测试。 实验设备：客户端是多普达 P800 智能手机；服务器端是上海移动数据业务中 心的一台公网服务器，实验测试环境分别选在室内不动（上海海事大学通信实验室 内），室外不动（浦东大道 1550 号路边），室外道路移动（轨道交通九号线）， 室外快速路移动（内环高架桥）等不同场合进行测试，测试的无线网络特性包括视 频数据传输过程的带宽、时延、丢包率；然后对实验测试出的数据信息进行分析、 总结，并针对视频传输性能恶化的场合提出了优化方案，测试实验结果表明提出的 优化方案是切实可行的，对无线视频传输的进一步研究意义重大。 2.5 本章小结 本章主要介绍了无线网络视频传输技术和手机无线网络传输技术的关键技术， 分析了当前无线网络视频传输技术所面临的主要困难和挑战，并根据当前无线网络 视频传输技术的不足，提出了系统解决方案的构想和实施策略。 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 9 第三章 无线视频传输协议 3.1 基于 IP 的流媒体实时传输和控制协议 基于 IP 的流媒体实时传输和控制协议主要有：RTP，RTCP，RTSP，RSVP 等。以下将对这几种通信协议做详细的分析和介绍35。 3.1.1 RTP 协议分析 实时传输协议 RTP (Realtime Transport Protocol)为一些音、视频信息的实时 传输提供端到端的传输服务。通常它运行在 UDP 上面，利用 UDP 的复用、校验等 功能来传输数据，当然有时它也可运行在 TCP、ATM 等其他网络协议上。RTP 协 议就是提供了时间标签、序列号以及其它用于控制实时数据处理的结构。它本身并 不负责同步，只是传输层协议，简化了传输层的处理过程，提高了该层的效率。 RTP（Realtime Transport Protocol）是由 Internet 工程任务组（Internet Engineering Task Force,IETF）中的音频-视频传输工作组（Audio-Video Transport Working Group）开发的，它是一种针对多媒体数据流的传输协议，实现了提供多 媒体数据流同步所需的传输特征。RTP 被定义在一对一或多对一的传输情况下工作， 其目的是提供时间信息和实现流同步的作用。当应用程序开始一个 RTP 会话时将使 用两个端口：一个给 RTP-提供实时数据报文的传输，一个给 RTCP-监视提供 给已有 RTP 会话的服务质量28。 RTP 数据包中包括 4 项基本内容。通过图 3-1 可以形象地看到 RTP 数据报的 位置及结构。RTP 数据包由固定包头和有效载荷两部分组成。其中，固定包头又包 括时戳、顺序标号、同步源标识、贡献源标识等。有效载荷就是传输的音频或视频 等多媒体数据。 上海海事大学硕士学位论文 手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究 10 IP Header UDP Header RTP Header RTP Payload 图 3-1 RTP 数据包 时戳（time stamping）是数据传输实时应用中的一个重要概念，发送端在传 输的数据包中插入一个即时的时间标记。该时间标记就是所说的时戳。时戳的特点 是会随着时间的推移而增加。当数据包抵达接收端后，接收端根据时戳重新建立原 始音频或视频数据的时序。时戳也可以用于同步多个不同的数据流，帮助接收方确 定数据到达时间的一致性。 由于 UDP 协议发送数据包时无时间顺序，通常就使用顺序编号（sequence numbers）对抵达的数据包进行重新排序，同时顺序标号也被用于对丢包的检查。 该论文优化方案中对丢包率的统计就是根据顺序标号统计的。在实际的传输过程中 会遇到如下情况，在某些视频帧格式中，一个视频帧的数据可能会被分解到多个 RTP 数据包中传输。这些数据包具有同一个时戳。因此，仅凭时戳是不能对数据包 重新排序的，还需取决于顺序编号。 源标识（source identification）可以使得接收端利用发送端生成的唯一数值来 区分