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目前，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)在本質(zhì)上是盡力而為的網(wǎng)絡(luò)，是為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供傳輸服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，其傳輸帶寬的波動(dòng)是不可避免的，傳輸延時(shí)也是隨機(jī)的。因此，如何在IP網(wǎng)絡(luò)上提供流媒體服務(wù)并實(shí)時(shí)傳輸視頻，在這里也需要詳細(xì)解讀一下。

一、實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的組成及原理

一個(gè)完整的實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)由視頻采集、視頻編碼、傳輸控制協(xié)議處理、1P通信網(wǎng)絡(luò)、視頻解碼等組成。其系統(tǒng)的組成與原理框圖如圖1所示。

圖1 實(shí)時(shí)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)組成與原理框圖

由圖1可知，整個(gè)視頻流的處理、傳輸流程是：在視頻發(fā)送端，對(duì)模擬視頻進(jìn)行采樣，獲得數(shù)字視頻并進(jìn)行視頻編碼，生成適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拿嫦蚓W(wǎng)絡(luò)通信的視頻碼流；根據(jù)反饋信息，估計(jì)網(wǎng)絡(luò)的可用傳輸帶寬，自適應(yīng)地調(diào)整編碼器的編碼輸出速率（包括信源碼率的調(diào)整與信道碼率的調(diào)整），使得視頻碼流能夠滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸可用帶寬的限制；在接收端，對(duì)接收的視頻流進(jìn)行解碼、重構(gòu)視頻信號(hào)、計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)（如傳輸中的丟包率等）并發(fā)送反饋控制信息。

視頻采集部分主要由視頻A/D、視頻D/A、同步邏輯控制、視頻處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器構(gòu)成。A/D部分是將各種標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，作為視頻處理子單元的輸入數(shù)據(jù)；邏輯產(chǎn)生單元通常選用FPGA或CPLD來完成各種同步邏輯控制，保證采集的實(shí)時(shí)性；對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，所需運(yùn)算量常常較大，為了保證視頻處理的實(shí)時(shí)性，常采用視頻處理專用芯片、高速DSP、FPGA和DSP等來完成視頻處理。

視頻編碼部分將數(shù)字視頻信號(hào)壓縮為滿足一定視覺質(zhì)量要求并且符合一定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流。在視頻流的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用中，特別強(qiáng)調(diào)編碼器所生成的視頻流應(yīng)該對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的隨機(jī)波動(dòng)具有自適應(yīng)性。目前常采用可伸縮的視頻編碼器對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行編碼，可伸縮的視頻編碼可以在時(shí)域、空域或正交變換域進(jìn)行，其基本思想是將碼流分成基本層和增強(qiáng)層。其中基本層碼流是必須傳輸?shù)?，包括提供最低質(zhì)量等級(jí)保證的視頻碼率和視頻序列的運(yùn)動(dòng)矢量：增加層是可選擇傳輸?shù)?，并且可以根?jù)網(wǎng)絡(luò)的傳輸條件進(jìn)行任意截?cái)唷?/p>

傳輸控制部分根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的反饋信息，調(diào)整編碼器的編碼速率（信源碼率調(diào)整）和信道差錯(cuò)控制（信道碼率調(diào)整），并使信源碼率與信道碼率達(dá)到最佳分配。為了降低信道突發(fā)誤碼對(duì)視頻碼流的影響，常對(duì)視頻數(shù)據(jù)包進(jìn)行交織處理，以降低臨近數(shù)據(jù)包同時(shí)發(fā)生誤碼的概率，便于接收端的錯(cuò)誤隱藏和恢復(fù)。

在視頻流的網(wǎng)絡(luò)傳輸中，丟包是不可避免的（特別是在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境中）。為了保證完全正確的數(shù)據(jù)包傳輸，可以采用重傳的策略，但對(duì)于視頻流應(yīng)用，因?yàn)閷?duì)時(shí)延的敏感更勝于對(duì)丟包的敏感，所以在接收端，不需要強(qiáng)調(diào)完全正確的數(shù)據(jù)包傳在正確接收的數(shù)據(jù)包基礎(chǔ)上如何提供最大滿意程度的視頻質(zhì)量則為接收端解碼模塊的中心問題。該問題等價(jià)于如何利用接收數(shù)據(jù)包的冗余信息，提供更為滿意的解碼視頻流輸出。解決的辦法就是在接收端的錯(cuò)誤隱藏和誤差恢復(fù)。錯(cuò)誤隱藏的方法有：

（1）基于空間相關(guān)性的錯(cuò)誤隱藏。利用錯(cuò)誤塊在同一幀內(nèi)相鄰塊的正確數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插來重構(gòu)錯(cuò)誤塊的數(shù)據(jù)，以此來達(dá)到錯(cuò)誤隱藏的目的。這樣才能夠?qū)ο嗨苹蛘吆芏嗉?xì)節(jié)的區(qū)域進(jìn)行很有效的恢復(fù)。

（2）基于時(shí)間相關(guān)性的錯(cuò)誤隱藏。這種方法是利用時(shí)間上相鄰的幀具有很強(qiáng)的相關(guān)性來進(jìn)行錯(cuò)誤隱藏。錯(cuò)誤隱藏的一個(gè)新的發(fā)展是采用自適應(yīng)的方法進(jìn)行改進(jìn)，即根據(jù)圖像的特點(diǎn)和誤碼的類型來選擇相應(yīng)的恢復(fù)方法或者是這幾種方法的結(jié)合。自適應(yīng)的一種準(zhǔn)則是恢復(fù)圖像的峰值信噪比（PSNR）最大化，結(jié)合的方式有線性加權(quán)合并、最大信噪比合并等。

二、TCP/IP協(xié)議不適合網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸視音頻數(shù)據(jù)

視頻流傳輸與傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸有明顯的區(qū)別，主要表現(xiàn)在：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)傳輸延時(shí)和傳輸抖動(dòng)沒有嚴(yán)格的要求，但是有嚴(yán)格的差錯(cuò)控制和錯(cuò)誤重傳機(jī)制。而視頻流要求傳輸具有實(shí)時(shí)性，對(duì)同步要求較高，并且對(duì)傳輸延時(shí)和抖動(dòng)非常敏感，但在一定的情況下可以允許分組丟失，即可以接受一定程度的傳輸誤碼，并且流媒體服務(wù)具有根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)用傳輸帶寬自適應(yīng)地調(diào)整視頻的傳輸質(zhì)量的能力。