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[關(guān)鍵詞]TD-SCDMA RLC GPP SDR ARQ
1 引言
TD-SCDMA是國(guó)際電聯(lián)(ITU)認(rèn)可并的第三代無(wú)線通信接口標(biāo)準(zhǔn)之一,是我國(guó)第一個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。TD-SCDMA系統(tǒng)采用時(shí)分AT(TDD)方式,便于靈活配置非對(duì)稱業(yè)務(wù),具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、頻帶分配靈活性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
軟件無(wú)線電(SDR,Software Defintion Radio)是在1992年5月的美國(guó)通信系統(tǒng)會(huì)議上由Joe Mitola首次提出的,其基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托,通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各種功能。軟件無(wú)線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和全面可編程性,通過(guò)軟件更新改變硬件配置結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)新的功能。當(dāng)前,軟件無(wú)線電平臺(tái)主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、通用處理器(GPP)實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的基于FPGA以及DSP的SDR相比,基于高性能GPP的SDR系統(tǒng)可以降低通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試的復(fù)雜度,具有更好的靈活性和可擴(kuò)展性,能極大地節(jié)省系統(tǒng)的硬件成本和人力成本。
無(wú)線鏈路控制(RLC,Radio Link Control)是實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA系統(tǒng)的重要組成部分。TD-SCDMA系統(tǒng)的RLC層配置方案與數(shù)據(jù)流程相對(duì)復(fù)雜,狀態(tài)變量與配置參數(shù)較多,增加了開(kāi)發(fā)的難度。
2 協(xié)議及系統(tǒng)架構(gòu)
2.1 GPP-SDR系統(tǒng)架構(gòu)
典型的GPP-SDR系統(tǒng)由通用的硬件單元和能夠與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的GPP平臺(tái)組成。通用硬件單元包含射頻模塊和A/D、D/A模塊,數(shù)字信號(hào)處理全部由GPP平成。
2.2 RLC層協(xié)議框架
TD-SCDMA系統(tǒng)中RLC層屬于第二層(L2),位于媒體接入控制(MAC,Media Access Control)層之上。在控制平面,RLC層向高層(無(wú)線資源控制層,RRC)提供信令無(wú)線承載(SRB);在用戶平面,RLC向高層(分組數(shù)據(jù)匯聚層PDCP和廣播多播層BMC)提供無(wú)線承載(RB)。
RLC可以提供三種不同的傳輸模式:透明模式(TM,Transparent Mode),非確認(rèn)模式(UM,Unacknowl edged Mode)和確認(rèn)模式(AM,Acknowledge Mode),以滿足不同的業(yè)務(wù)需求。具體來(lái)說(shuō),TM完成數(shù)據(jù)包透明傳輸,或某些特殊情況下分段傳輸,一般應(yīng)用在簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)及信令傳輸;UM可以檢測(cè)到數(shù)據(jù)丟失并且能夠靈活地設(shè)置PDU大小,保證用戶有效且最大限度地使用不同容量的無(wú)線信道。一般應(yīng)用于需要分段或級(jí)聯(lián)而不需重傳的數(shù)據(jù)傳輸;AM支持分段級(jí)聯(lián),不過(guò)使用固定的PDU大小。以便于識(shí)別丟失的PDU,主要應(yīng)用于傳輸非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù),具有高傳輸可靠性。
三種模式中,TM和UM是單向傳輸,AM由于要進(jìn)行狀態(tài)報(bào)告,所以是雙向傳輸。本文中稱對(duì)等實(shí)體中發(fā)送數(shù)據(jù)的一側(cè)為發(fā)端,接收數(shù)據(jù)的一側(cè)為收端。AM實(shí)體可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,則發(fā)端與收端是相對(duì)于某一塊數(shù)據(jù)的傳輸而言的,因而本文稱AM實(shí)體中的實(shí)現(xiàn)發(fā)送功能的部分為發(fā)送側(cè),實(shí)現(xiàn)接收功能的部分為接收側(cè)。
RLC層由多個(gè)獨(dú)立的RLC實(shí)體組成。所有的無(wú)線承載及具有特殊功能的邏輯信道都需要根據(jù)上層信令配置使用上述三種類型的RLC實(shí)體中的一種,即對(duì)RLC傳輸模式需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。文獻(xiàn)[7]中使用虛函數(shù)支持的動(dòng)態(tài)綁定技術(shù)(Dynamic Binding)設(shè)計(jì)了RLC接口類,從而實(shí)現(xiàn)了靈活的配置與切換實(shí)體類型。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)
針對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)RLC層的特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)圖1所示的接口類以實(shí)現(xiàn)多種實(shí)體模式動(dòng)態(tài)配置,設(shè)計(jì)抽象基類RlcEntity作為RLC層實(shí)體的公共接口;定義虛函數(shù)SndSchedule和RcvSchedule描述RLC層過(guò)程;SndRlcPrimitives和RcvRlcPrimifives表示RLC層和上層之間通過(guò)原語(yǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制交互的一系列函數(shù),即RLC層和上層之間的信息交互接口;SndMacPrimitives和RcvMacPrimitiyes表示RLC層和MAC層之間通過(guò)原語(yǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的一系列函數(shù),即RLC層和MAC層之間的信息交互接口。由RlcEntity派生出三個(gè)子類作為RLC層三種傳輸模式的具體實(shí)現(xiàn):RlcTMEntity,RlcUMEntity和RlcAMEntity。在子類中分別定義各種模式特有的狀態(tài)變量、定時(shí)器、協(xié)議參數(shù)以及特定流程的函數(shù),并具體實(shí)現(xiàn)基類中的虛函數(shù)。
在軟件設(shè)計(jì)中主要用到了以下技術(shù):
3.1 內(nèi)存管理模塊
RLC層為提供有效的數(shù)據(jù)傳輸,需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行頻繁的分段、級(jí)聯(lián)、加頭、加尾等操作。體現(xiàn)在編程上就是頻繁的內(nèi)存申請(qǐng)、拷貝與釋放。如果數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單地在內(nèi)存中連續(xù)存放,勢(shì)必會(huì)造成內(nèi)存使用混亂。Windows下的內(nèi)存讀寫需要通過(guò)數(shù)據(jù)總線完成,同時(shí)尋址方式也比較單一,限制了內(nèi)存處理的效率。VxWorks操作系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)庫(kù)netBufLib為嵌入式開(kāi)發(fā)提供了高效的內(nèi)存管理方案,通過(guò)將netBufLib改造、移植到Windows操作系統(tǒng),可以有效地解決頻繁內(nèi)存操作引發(fā)的問(wèn)題,達(dá)到高效利用內(nèi)存的目的。
(武漢大學(xué) 430072)
[摘 要]:本文研究了流媒體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理,并提出了一種流媒體在校園網(wǎng)中的應(yīng)用方案,最后介紹了流媒體技術(shù)的最新現(xiàn)狀及前景。
[關(guān)鍵詞]:流媒體 RTSP WM REAL
流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)基媒體,如:音頻、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個(gè)文件,只將開(kāi)始部分內(nèi)容存入內(nèi)存,流式媒體的數(shù)據(jù)流隨時(shí)傳送隨時(shí)播放,只是在開(kāi)始時(shí)有一些延遲。流媒體實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。
流式傳輸定義很廣泛,現(xiàn)在主要指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送媒體(如視頻、音頻)的技術(shù)總稱。其特定含義為通過(guò)Internet 將影視節(jié)目傳送到PC機(jī)。實(shí)現(xiàn)流式傳輸有兩種方法:實(shí)時(shí)流式傳輸(Realtime streaming)和順序流式傳輸(progressive streaming)。一般說(shuō)來(lái),如視頻為實(shí)時(shí)廣播,或使用流式傳輸媒體服務(wù)器,或應(yīng)用如RTSP的實(shí)時(shí)協(xié)議,即為實(shí)時(shí)流式傳輸。如使用HTTP服務(wù)器,文件即通過(guò)順序流發(fā)送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當(dāng)然,流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。
1.流媒體技術(shù)原理
流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)镮nternet以包傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸,對(duì)一個(gè)實(shí)時(shí)A/V源或存儲(chǔ)的A/V文件,在傳輸中它們要被分解為許多包,由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的,各個(gè)包選擇的路由可能不盡相同,故到達(dá)客戶端的時(shí)間延遲也就不等,甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)包還有可能后到。為此,使用緩存系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)延遲和抖動(dòng)的影響,并保證數(shù)據(jù)包的順序正確,從而使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出,而不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)暫時(shí)擁塞使播放出現(xiàn)停頓。通常高速緩存所需容量并不大,因?yàn)楦咚倬彺媸褂铆h(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù):通過(guò)丟棄已經(jīng)播放的內(nèi)容,流可以重新利用空出的高速緩存空間來(lái)緩存后續(xù)尚未播放的內(nèi)容。
流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。由于TCP需要較多的開(kāi)銷,故不太適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中,一般采用HTTP/TCP來(lái)傳輸控制信息,而用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。
流式傳輸?shù)倪^(guò)程一般是這樣的:用戶選擇某一流媒體服務(wù)后,Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息,以便把需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來(lái);然后客戶機(jī)上的Web瀏覽器啟動(dòng)A/VHelper程序,使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對(duì)Helper程序初始化。這些參數(shù)可能包括目錄信息、A/V數(shù)據(jù)的編碼類型或與A/V檢索相關(guān)的服務(wù)器地址。
關(guān)鍵詞:數(shù)字媒體 P2P 流媒體 P2P流媒體
中圖分類號(hào):TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2012)10-0122-01
當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)上作為網(wǎng)絡(luò)娛樂(lè)急先鋒的數(shù)字媒體及其應(yīng)用將越來(lái)越被用戶接受,同時(shí)也為有限網(wǎng)絡(luò)寬帶資源與無(wú)限網(wǎng)絡(luò)娛樂(lè)應(yīng)用的矛盾沖突提出了巨大挑戰(zhàn)?!皵?shù)字媒體”是由數(shù)字技術(shù)支持的信息傳輸載體,其表現(xiàn)形式更復(fù)雜,更具視覺(jué)沖擊力和互動(dòng)特性。流媒體基于P2P端系統(tǒng)協(xié)作并自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化進(jìn)行傳輸無(wú)疑是最適應(yīng)于當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的應(yīng)用。
1、P2P技術(shù)
P2P技術(shù)是一種基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的新興技術(shù)。P2P技術(shù)的最大意義在于其不依賴中心節(jié)點(diǎn)而依靠網(wǎng)絡(luò)邊緣結(jié)點(diǎn)自組織與對(duì)等協(xié)作的資源發(fā)現(xiàn)和共享形式。隨著應(yīng)用的模式越來(lái)越復(fù)雜,P2P系統(tǒng)本身就是一個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò),是在Internet傳輸網(wǎng)絡(luò)之上構(gòu)建一個(gè)完全位于應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。每臺(tái)計(jì)算機(jī)既是服務(wù)器又是客戶機(jī),本質(zhì)上是一個(gè)沒(méi)有層次結(jié)構(gòu)也沒(méi)有集中控制的分布式系統(tǒng),更適合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。P2P技術(shù)以其分布式資源共享和分布式并行傳輸?shù)奶攸c(diǎn),為用戶提供了更多的存儲(chǔ)資源、更高的可用帶寬和更好的服務(wù)質(zhì)量。主要應(yīng)用有文件分發(fā)、語(yǔ)音服務(wù)、流媒體應(yīng)用等。
2、流媒體技術(shù)
2.1 壓縮技術(shù)
在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)流媒體技術(shù),主要利用視音頻壓縮技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)來(lái)解決。流媒體傳輸中,應(yīng)先對(duì)流媒體格式傳輸?shù)奈募M(jìn)行預(yù)處理,然后選用適當(dāng)?shù)膲嚎s算法將文件壓縮生成流媒體格式文件,并向文件中添加流式信息?;ヂ?lián)網(wǎng)播放視音頻采用MPEG-4壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4以視聽(tīng)媒體對(duì)象為基本單元,采用基于內(nèi)容的壓縮編碼,以實(shí)現(xiàn)數(shù)字視音頻、圖形合成應(yīng)用及交互式多媒體的集成。它是一個(gè)適用于低傳輸速率應(yīng)用的方案。MPEG4更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性,代表了現(xiàn)代數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展方向。
2.2 傳輸技術(shù)
流媒體的傳輸建立在UDP協(xié)議上的RTP/RTSP實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議。視音頻流媒體文件對(duì)傳輸質(zhì)量要求不是很高,而對(duì)傳輸速度則有很高要求,所以采用UDP協(xié)議而不在TCP協(xié)議上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸則更合適。RTP是用以傳輸實(shí)時(shí)視/音數(shù)據(jù),RTP通常使用UDP來(lái)傳送數(shù)據(jù)。RTCP是實(shí)時(shí)控制協(xié)議,和RTP捆綁一起的傳輸控制協(xié)議,提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步,主要用以聲音同步和QOS管理等。實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP定義了一對(duì)多應(yīng)用程序如何有效通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)。RTSP在體系結(jié)構(gòu)上位于RTP和RTCP之上,它使用TCP或RTP完成數(shù)據(jù)傳輸。
2.3 流媒體工作原理
流媒體的體系構(gòu)成由編碼工具(創(chuàng)建、捕捉和編輯多媒體數(shù)據(jù)而形成流媒體格式)、流媒體數(shù)據(jù)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、播放器(通常是獨(dú)立的播放器和ActiveX方式的插件)組成。流式傳輸工作過(guò)程:用戶選擇某一流媒體服務(wù)后,Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP交換控制信息,從原始信息中檢索出需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù);Web瀏覽器啟動(dòng)A/VHelper程序,使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對(duì)Helper程序初始化。A/VHelper程序及A/V服務(wù)器運(yùn)行實(shí)時(shí)流控制協(xié)議(RTSP)來(lái)交換控制信息。RTSP提供了操縱播放等命令的方法。A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序,一旦A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端,A/V客戶程序即可播放輸出。
3、基于P2P的流媒體應(yīng)用
流媒體是P2P技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上的主要應(yīng)用。PPLive作為一種基于P2P技術(shù)的流媒體播放軟件,為用戶提供一種更加經(jīng)濟(jì)、更加廣泛的互動(dòng)視頻播放服務(wù)。PPlive大大降低大規(guī)模流媒體點(diǎn)播壓力,減少了帶寬占用量;獨(dú)創(chuàng)了網(wǎng)絡(luò)即時(shí)流下載播放技術(shù);支持BT種子文件直接播放;支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的控制;提供多系統(tǒng)多形式的程序接口;支持Rmvb、Mpeg、Mp4等數(shù)十種格式。
PPlive工作機(jī)制:(1)PPlive應(yīng)用程序先是向域名為的主機(jī)建立TCP連接。正常的HTTP協(xié)議在建立TCP連接之后,站點(diǎn)會(huì)將HTTP網(wǎng)頁(yè)信息發(fā)送給IE瀏覽器。而PPLive協(xié)議在建立TCP連接后,主機(jī)將一個(gè)XML數(shù)據(jù)頁(yè)面發(fā)送給PPlive應(yīng)用軟件。它對(duì)應(yīng)的是動(dòng)態(tài)變化的節(jié)目頻道信息。通過(guò)協(xié)商更新間隔時(shí)間。PPLive應(yīng)用程序按照一定的頻率更新頻道列表和固定節(jié)點(diǎn)通信,獲取網(wǎng)絡(luò)資源拓?fù)湫畔?。?)UDP獲得了頻道信息后,PPLive應(yīng)用程序通過(guò)UDP協(xié)議端口與域名的目的主機(jī)通信。(3)PPLive將視頻文件分成大小相等的片段。用戶啟動(dòng)PPLive以后,從PPLive服務(wù)器獲得頻道的列表,用戶點(diǎn)擊感興趣的頻道,然后從其他Peer獲得數(shù)據(jù)文件,并且開(kāi)放本地端口作為視頻服務(wù)器。PPLive的客戶端播放器連接此端口,從而收看到喜歡的節(jié)目。
4、P2P流媒體未來(lái)發(fā)展方向
P2P流媒體是未來(lái)高速網(wǎng)絡(luò)中可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),但未來(lái)發(fā)展中還要解決好如下幾個(gè)問(wèn)題:(1)管理節(jié)點(diǎn)并建立樹(shù)。構(gòu)建應(yīng)用級(jí)多播樹(shù)的方法應(yīng)用較廣,但建立有效的多播樹(shù),并在節(jié)點(diǎn)不斷加入和退出時(shí)維護(hù)多播樹(shù)存在一定難度。(2)如何快速地恢復(fù)系統(tǒng)因?yàn)镻2P網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)行為的不可預(yù)知性而發(fā)生的服務(wù)中斷。(3)流媒體系統(tǒng)如何適應(yīng)一個(gè)媒體流會(huì)話期間網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變。
5、結(jié)語(yǔ)
P2P流媒體應(yīng)用發(fā)展迅速,顯示出了巨大的生命力。雖然構(gòu)建一個(gè)有效的P2P流媒體系統(tǒng)還面臨著許多挑戰(zhàn)和一些需要解決的問(wèn)題,但其優(yōu)越性引起許多研究機(jī)構(gòu)的重視,特別隨著運(yùn)營(yíng)商的加入,P2P流媒體勢(shì)必取得更大的進(jìn)展并將更加廣泛地應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)
[1]張春紅.P2P技術(shù)全面解析[M].北京:人民郵電出版社,2010.
【關(guān)鍵詞】Android 視頻監(jiān)控 系統(tǒng)設(shè)計(jì) H.264編碼 應(yīng)用
近年來(lái),智能手機(jī)的快速發(fā)展推動(dòng)了Android手機(jī)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和利用,該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于便于攜帶、系統(tǒng)小巧、功能全面,因此也使得基于Android平臺(tái)的視頻監(jiān)控技術(shù)得研發(fā)和應(yīng)用。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于受線纜或光纖的帶寬限制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻信號(hào)傳輸,而Android平臺(tái)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的支持下成功的解決了一這問(wèn)題,從而進(jìn)一步促進(jìn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控、可視電話、電視會(huì)議等遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
1 視頻監(jiān)控技術(shù)概述
視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間比較久遠(yuǎn),以往在安防領(lǐng)域發(fā)揮了非常大的作用,是公安部門維持社會(huì)穩(wěn)定、打擊犯罪的重要技術(shù)手段。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,視頻監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了模擬監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等三個(gè)重要發(fā)展階段,隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,視頻監(jiān)控技術(shù)開(kāi)始朝向以移動(dòng)流媒體技術(shù)為代表的移動(dòng)視頻監(jiān)控方向發(fā)展,手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備開(kāi)始具備實(shí)時(shí)監(jiān)看遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)畫(huà)面的功能,由此也將視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用范圍拓展到了教育、政府、娛樂(lè)、醫(yī)療、酒店、運(yùn)動(dòng)等多個(gè)領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了“隨時(shí)隨地,自由掌控”的監(jiān)控,為人們的生產(chǎn)、生活提供了更簡(jiǎn)單、便利、及時(shí)的監(jiān)控解決方案。
2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用
目前,基于Android平臺(tái)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由采集模塊、編碼模塊、視頻傳輸模塊、解碼模塊、顯示模塊等五大模塊共同構(gòu)成,相關(guān)設(shè)計(jì)也是圍繞這五大模塊進(jìn)行的。
2.1 視頻采集模塊
基于Android平臺(tái)的視頻信號(hào)采集工作是由采集模塊完成的,通過(guò)手機(jī)攝像頭可以獲得YUV420格式的視頻流,而相關(guān)模塊則可通過(guò)對(duì)Android應(yīng)用層的代碼編寫實(shí)現(xiàn)。
2.2 編碼模塊
目前,Android平臺(tái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種,一種是由MPEG制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4編碼標(biāo)準(zhǔn);而另一種則是由ITU一T制定的H.261、H.263視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。為進(jìn)一步促進(jìn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在多媒體通信方面的應(yīng)用,MPEG和VCEG聯(lián)手共同開(kāi)發(fā)了當(dāng)今最先進(jìn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)――H.264。
雖然該標(biāo)準(zhǔn)依然采用了以往的壓縮標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu),但是H.264在此基礎(chǔ)上增加了更多新的特性。比如,H.264標(biāo)準(zhǔn)包含了網(wǎng)絡(luò)抽象層(NAL)和視頻編碼層(VCL)兩層結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)抽象層的功能是打包、傳輸數(shù)據(jù),而視頻編碼層的功能是壓縮視頻編碼,這樣的分層結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)的傳輸和編碼工作進(jìn)行了分離,使得H.264標(biāo)準(zhǔn)在面對(duì)復(fù)雜的通信環(huán)境時(shí),依然可以利用不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻信號(hào)的傳輸工作并保證良好的視頻數(shù)據(jù)質(zhì)量。
2.3 傳輸模塊
視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用主要受HTTP、RTSP、RTP、RTCP協(xié)議的約束。TCP和UDP協(xié)議主要作用于傳輸層,HTTP則是基于TCP(傳輸控制協(xié)議)的超文本傳輸協(xié)議。在一對(duì)一或一對(duì)多的情況下,RTP可以保證流媒體數(shù)據(jù)流與時(shí)間信息的同步正常工作。一般情況下,RTP需要使用UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,因此UDP是建立RTP的基礎(chǔ)。另外,RTP還需要供助RTCP(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)彌補(bǔ)自身沒(méi)有可靠的傳送機(jī)制的弱點(diǎn),因此只有讓RTP和RTCP共同協(xié)作才能實(shí)現(xiàn)流量和擁塞的有效控制。同時(shí),RTCP作為應(yīng)用層協(xié)議,其位置處于RTP和RTCP協(xié)議層之上,多媒體數(shù)據(jù)的傳輸則是通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)利用傳輸機(jī)制的TCP和RTP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。RTSP則用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)對(duì)音視頻流的遠(yuǎn)程控制,如對(duì)流媒體的播放、暫停、記錄等相關(guān)操作。SDP則用來(lái)描述RTSP的會(huì)話描述協(xié)議,用于說(shuō)明會(huì)話的基本屬性。結(jié)合這些協(xié)議在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中起到的作用,本文設(shè)計(jì)的Android平臺(tái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要采用RTP、RTSP、RTCP、HTTP等四個(gè)協(xié)議構(gòu)建系統(tǒng)的傳輸模塊。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的流媒體系統(tǒng)需要由編碼器、流媒體服務(wù)器、客戶端播放器三個(gè)基本部件構(gòu)成。編碼器的作用在于將采集到的原始視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成流媒體格式文件,而這些編碼后的文件則由流媒體服務(wù)器進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)發(fā),客戶端播放器則將接收到的文件進(jìn)行解碼、播放。流媒體傳輸?shù)姆绞娇煞譃閮煞N:
(1)順序流式傳輸。這種方式是基于HTTP或FTP服務(wù)器進(jìn)行文件傳輸?shù)姆绞?,可以保證完全無(wú)損的數(shù)據(jù)下載,可以有效保證視頻的質(zhì)量,也便于管理和用戶使用。但這種方式對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的要求較高,通常需要等待較長(zhǎng)時(shí)間,不適用于實(shí)時(shí)性的隨機(jī)訪問(wèn)。
(2)實(shí)時(shí)流式傳輸。這種方式是基于傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和專用的流媒體服務(wù)器進(jìn)行文件傳輸?shù)?,由于匹配了帶寬和無(wú)線網(wǎng)絡(luò),可以支持實(shí)時(shí)性的現(xiàn)場(chǎng)直播,適用于用戶的隨機(jī)訪問(wèn)和后退操作。傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要與防火墻進(jìn)行配置,在管理方面存在一定的復(fù)雜性。同時(shí)該方式必須與帶寬和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)匹配,一旦網(wǎng)絡(luò)擁塞或設(shè)備出現(xiàn)低速連接狀態(tài)時(shí),就會(huì)出現(xiàn)包括丟幀在內(nèi)的視頻質(zhì)量下降現(xiàn)象。
2.4 解碼模塊
解碼模塊的作用就是對(duì)編碼的過(guò)程進(jìn)行逆操作,因此解碼采用的標(biāo)準(zhǔn)也是編碼采用的H.264。解碼器一般由視頻數(shù)據(jù)的解碼部分和視頻的顯示部分兩個(gè)部分構(gòu)成。解碼部分主要是采用Android NDK+C機(jī)制進(jìn)行實(shí)現(xiàn),顯示部分則利用Android SDK+Java機(jī)制由Android提供的組件實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)部分的通信則由java提供的jni機(jī)制實(shí)現(xiàn)。解碼的整體流程主要由前段碼流處理、H.264解碼和后段視頻顯示三個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn):前段碼流處理負(fù)責(zé)讀取文件,在分隔出NAL后將文件效由底層解碼;H.264解碼則負(fù)責(zé)圖像的重建工作,是解碼過(guò)程的核心部分;后端視頻顯示則將解碼后的文件通過(guò)客戶端進(jìn)行顯示。
2.5 顯示模塊
利用Android系統(tǒng)自帶的顯示器將解碼后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻顯示,并保證視頻顯示的效果。
3 結(jié)語(yǔ)
本文基于Android平臺(tái)的特點(diǎn),利用移動(dòng)流媒體技術(shù)對(duì)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采取了五個(gè)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì),充分考慮到了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。
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作者單位
關(guān)鍵詞:流媒體;Windows Media;Real System;Quick Time
中圖分類號(hào):TP37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9599 (2010) 03-0089-02
Main Solutions on Stream Media Technology and Applications
Lin Zeng
(Guandu District, Kunming City News Center,Kunming650200,China)
Abstract:Stream media is a new application form of multimedia under the technique of nowadays network now. In this paper, the stream media technique is first introduced.Then we give a large number of analysis, explanation and comparison works towards several available and familiar models which designed for dealing with stream media.
Keywords:Stream media;Windows Media;Real System;Quick Time
一、引言
隨著寬帶網(wǎng)的興起,多媒體信息在網(wǎng)絡(luò)傳媒應(yīng)用中占有了越來(lái)越重要的地位。作為多媒體和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的交叉學(xué)科,流媒體技術(shù)提供了一條嶄新的多媒體應(yīng)用途徑,與傳統(tǒng)單純的下載后播放的多媒體方式相比,流媒體技術(shù)以對(duì)多媒體文件邊下載邊播放的流式傳輸方式具有啟動(dòng)延時(shí)短、對(duì)客戶端緩沖容量的需求低等優(yōu)點(diǎn),在遠(yuǎn)程教育、寬帶網(wǎng)視頻點(diǎn)播、互聯(lián)網(wǎng)直播、視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如中央電視臺(tái)提供的在線試聽(tīng)、網(wǎng)上現(xiàn)場(chǎng)直播服務(wù)采用了Real Networks公司的流媒體技術(shù);湖南衛(wèi)視、中國(guó)大飯店、望京小區(qū)等則采用Oracle公司的流媒體系統(tǒng)為客戶提供了視頻點(diǎn)播服務(wù);北京郵電大學(xué)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)。
二、流媒體應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)
顧名思義,流媒體技術(shù)就是應(yīng)用流技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸多媒體信息的網(wǎng)絡(luò)傳媒技術(shù)。流媒體技術(shù)通過(guò)將連續(xù)的音頻視頻等多媒體信息經(jīng)過(guò)壓縮處理后放到網(wǎng)站服務(wù)器上,用戶通過(guò)客戶端在自己的電腦上邊下載邊觀看、收聽(tīng),而不需要等整個(gè)壓縮文件都全部下載后才可以觀看。為了保證媒體文件播放的連續(xù)性和質(zhì)量,通常會(huì)在客戶端開(kāi)辟一小段緩沖區(qū)。流媒體技術(shù)是一項(xiàng)綜合的技術(shù),包括信息的采集、編碼、壓縮、存儲(chǔ)、傳輸、解碼、播放等。
編解碼技術(shù)主要用戶轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式,典型情況下是在壓縮和非壓縮數(shù)據(jù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,其目的是使媒體文件不占用過(guò)多的磁盤容量和增加帶寬負(fù)擔(dān),更適合于網(wǎng)絡(luò)傳輸。解碼器則用戶播放音視頻信息。流媒體的編碼技術(shù)是建立在傳統(tǒng)多媒體編碼技術(shù)基礎(chǔ)之上的,主要有ISO/IEC頒布的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)和ITU頒布的H系列標(biāo)準(zhǔn)。
為了滿足流媒體信息傳輸中流量大、數(shù)據(jù)密度高、帶寬高等Internet并不具備的特性需求,IETF的集成服務(wù)工作組開(kāi)發(fā)了集成服務(wù)來(lái)增強(qiáng)其服務(wù)模型,以提供“盡力而為”服務(wù)和實(shí)時(shí)服務(wù),其核心內(nèi)容有資源預(yù)留協(xié)議RSVP、實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP、實(shí)時(shí)控制協(xié)議RTCP、實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP等流媒體傳輸協(xié)議。
標(biāo)準(zhǔn)媒體由于尺寸過(guò)大而不適應(yīng)實(shí)時(shí)傳輸。為了使多媒體文件適合在網(wǎng)上傳輸,必須用相應(yīng)的協(xié)議將其分割成尺寸關(guān)小的報(bào)文。流式文件就是在標(biāo)準(zhǔn)媒體文件中經(jīng)過(guò)特殊編碼,加入一些如計(jì)時(shí)、壓縮、版權(quán)信息及控制命令等附加信息的媒體文件,適合在網(wǎng)絡(luò)上邊下載邊播放。最著名的流式文件格式有三種:Microsoft Media、RealMedia和QuickTime。
三、三種主流的流媒體解決方案
完整的流媒體解決方案是整個(gè)流媒體系統(tǒng)軟硬件的科學(xué)集成,主要包括內(nèi)容采集、音視頻捕獲及壓縮編碼、內(nèi)容編輯存儲(chǔ)、應(yīng)用服務(wù)器配置、媒體信息的及播放以及管理等幾個(gè)方面。下面就當(dāng)今三種主流的流媒體解決方案進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
(一)Windows Media
Windows Media是微軟推出的信息流式播放方案,具有方便性、先進(jìn)性、集成性、低費(fèi)用等特點(diǎn)。其核心.asf文件是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令、腳本等多媒體信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)格式,該解決方案以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式傳輸.asf格式媒體文件,從而實(shí)現(xiàn)多媒體內(nèi)容的。
Windows Media利用.asx文本文件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流信息的重定向。瀏覽器直接將asx文件內(nèi)容送給媒體播放器,播放器根據(jù)asx文件信息用相應(yīng)的協(xié)議去打開(kāi)指定位置上的多媒體信息流或多媒體流文件。
Windows Media服務(wù)是Microsoft Windows Sever 2003標(biāo)準(zhǔn)版、企業(yè)版和數(shù)據(jù)中心版的一個(gè)可選組件,通過(guò)與Windows Media Encoder和Windows Media Player結(jié)合使用,能夠通過(guò)Inernet或Intranet為用戶提供音視頻多媒體內(nèi)容。Windows Media Encoder用于完成流媒體信息文件的制作,Windows Media Player用于流媒體文件的播放,它是一款與Windows捆綁在一起的,能夠提供最強(qiáng)的擴(kuò)展性、靈活性和方便性的多媒體播放軟件,具有自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)下載解碼軟件進(jìn)行安裝功能,也可以在瀏覽器以外來(lái)播放影音文件。
Windows Media方案的服務(wù)器端Windows Media 9能支持的并發(fā)用戶數(shù)為2000,支持在線廣告、可分配用戶帶寬、多點(diǎn)廣播和DRM數(shù)字版權(quán)管理,它不使用RTSP協(xié)議,而是使用自己的MMS協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)媒體信息傳輸。
(二)Real System
Real System是世界上第一個(gè)推出流媒體的公司――美國(guó)Real Networks公司推出的解決方案。該方案所提供的媒體格式、制作軟件、集成工具語(yǔ)言、媒體和播放技術(shù)也是現(xiàn)在最完整、功能極其豐富的技術(shù)系列。其流媒體文件格式有rm、rp、rt、gif、jpeg以及Flas等,流媒體文件包括Real Audio、Real Video、Real Presentation和Real Flash四類。
Real System由媒體內(nèi)容制作工具Real Producer、服務(wù)器端Real Sever、客戶端軟件三部分組成。Real System能自動(dòng)調(diào)整數(shù)據(jù)流的流量以適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中的各種不同網(wǎng)絡(luò)帶寬需求,其技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定,因此,美國(guó)在線、ABC、AT&T、Sony等公司的主要電臺(tái)都是使用Real System來(lái)提供流媒體服務(wù)。
Real System的RealMedia9服務(wù)器端能支持的并發(fā)用戶數(shù)目為3000,支持在線廣告、可分配用戶帶寬、多點(diǎn)廣播、SMIL協(xié)議和RTSP協(xié)議和DRM數(shù)字版權(quán)管理。
四、總結(jié)
隨著寬帶網(wǎng)的普及和多媒體的廣泛使用,流媒體技術(shù)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)傳媒技術(shù),將成為網(wǎng)絡(luò)及信息傳媒發(fā)展的主要熱點(diǎn),對(duì)人們的工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。完整的流媒體解決方案是集內(nèi)容采集、音視頻編碼壓縮、內(nèi)容編輯、流媒體信息文件存儲(chǔ)播放以及應(yīng)用服務(wù)器管理在內(nèi)的完美的集成。上文對(duì)當(dāng)今三個(gè)主流的解決方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。
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