基于流媒體技術簡析無線通信網絡視頻傳輸技術

劉家劍，葛周龍

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著科學技術的發展，數字視頻傳輸技術日益成熟，圖像編碼技術取得了較大突破，在應用實踐中取得了良好效果。進入新時代后，無線通信網絡視頻傳輸技術成為研究的熱門內容，如何進一步提高傳輸視頻的質量和效率是目前無線通信技術研究的重點。無線通信的通信環境相對復雜且頻譜資源有限，為了提高視頻流技術在無線通信網絡中的價值，需要解決視頻傳輸數據量較大的難題，同時要解決多址接收、多徑衰落以及時延抖動等技術難題。

1 流媒體技術

流媒體技術是一種多媒體應用技術，是在互聯網技術發展的基礎上形成，在多媒體數據傳輸過程中主要以流的形式進行。無論是音頻、視頻還是其他多媒體內容，都能夠通過流媒體技術進行有效的線上傳輸，并且能夠使用戶利用接收終端實現多媒體文件的實時播放，是流媒體技術的顯著特點之一[1]。流媒體技術能夠有效彌補目前多媒體信息在低帶寬網絡傳輸中存在的不足和缺陷，不僅能夠高效實時播放多媒體數據，還能夠實現用戶與多媒體文件的有效交互，并且能夠使用戶一邊播放一邊下載任務。用戶終端在對流媒體文件進行接收、處理或回放的過程中，多媒體文件并不會占據終端的存儲空間，即完成處理和播放后系統會及時刪除相應的文件數據。因此，用戶不需要擔心多媒體文件占據儲存空間的問題，同時能夠幫助用戶獲得更好的觀看體驗[2]。

流媒體系統主要由各類轉檔轉碼工具、編碼器、播放器以及制作工具4部分內容組成。各類轉檔轉碼工具可以有效壓縮轉檔多媒體文件，同時利用流媒體系統服務器有效管理這些多媒體信息，完成信息的傳輸任務[3]。編碼器可有效整合多媒體信息，并將多媒體信息通過互動的方式呈現在用戶終端。播放器通過終端將串流內容呈現給用戶。流媒體系統包括各種各樣的多媒體制作工具。

一個成熟的流媒體平臺，主要包括媒體服務器硬件平臺和軟件平臺。目前，視頻服務器硬件平臺結構主要分為3種類型，分別是調諧視頻服務器、緊耦合多處理機以及通用主機方法。軟件平臺的主要功能包括流服務、任務服務、媒體數據存儲服務、內容服務、媒體網絡、視頻泵、文件下載、上傳功能以及實時流傳輸協議（Real Time Streaming Protocol，RTSP）服務[4]。

目前受到技術條件的限制，在無線通信系統中無線頻譜資源相對有限，導致無線終端在處理信息、接收信息和顯示信息等方面存在一定的局限性。通過流媒體技術可完成無線網絡通信的傳輸，能夠對多媒體信息進行有效轉碼和壓縮，進一步提高信息傳輸的質量和效率。

2 無線網絡視頻編碼技術

在移動通信發展的過程中，各類多媒體信息最終能夠完成移動終端的有效傳輸，是技術升級和發展的重要方向，也是推動無線網絡通信技術不斷成熟的重要標志。但是，由于無線頻譜資源有限且無線網絡通信的環境相對復雜，很容易出現誤碼問題，需要進一步提高無線視頻編碼的技術要求，提高視頻傳輸質量和效率[5]。面對新時代無線網絡通信發展的需求，視頻編碼器需要提高自身的壓縮效率，在低存儲、低功率的狀態下完成復雜度較高的解碼，有效恢復掉包現象，并且在短時間內完成小范圍的可變位率信道的支持，同時完成大范圍位交換機制的有效支持[6]。在視頻編碼的過程中需要提高壓縮質量和效率，保證圖像的真實性。采用低碼率的圖像編碼方式，提高抑制誤碼的技術能力，保證傳輸效果。視頻流編碼在無線網絡中傳輸時不僅具有較高的效率，也有較高的伸縮性和兼容性，能夠進一步提高無線網絡的信息傳輸質量。此外，需要進一步提高移動終端對視頻流的處理能力，確保視頻流在傳輸到移動終端后能順利完成解碼，提高無線網絡通信中視頻傳輸的質量和效率，為用戶帶來更佳的觀看體驗[7]。

本文以MPEG-4為例進行編碼分析，探討無線視頻流的編碼方式，并結合逐級加密的策略實現有效的分級編碼，從而使得無線網絡傳輸的視頻流具備更高的安全性。圖1為無線視頻流的編碼方案。

圖1 無線視頻流編碼方案

首先，輸入視頻后會形成相應的圖像序列。圖像序列中的每一幀會被分割，形成大量的視頻對象平面（Video Object Plan，VOP）。每一個VOP區域都有可能對視頻中某個特定場景或某個感興趣的視頻或圖像實現覆蓋[8]。其次，以視頻對象層（Video Object Layer，VOL）為基礎，使用其擁有的數據結構完成視頻的分級編碼工作，同時完成分級性精細分級編碼（Fine Granular Scalability，FGS），得到相應的視頻流編碼。這種處理方式具備低碼率和高效率的特點，能夠加快多媒體數據在無線網絡通信中的傳輸。有效收集圖像片編碼形成的特有信息頭，并整合其具備的可分級編碼數據，從中獲取相關信息以便完成整合圖像序列的任務，確保后續能夠順利完成原始圖像的復原工作。最后，完成數據報的封裝工作，并有效加密視頻編碼，確保視頻編碼在無線網絡通信中的安全性，避免視頻編碼在無線通信網絡中傳輸時被未獲得授權的對象接收或截取，進一步提高視頻編碼的傳輸安全性。

通過這樣的方式視頻編碼可以保持低碼率，且在傳輸過程中不會產生圖像失真問題，有利于推動無線網絡通信中視頻傳輸技術的不斷優化和升級。此外，可以通過H.26L協議有效編碼各類視頻文件。這一協議面向移動設備可以提供3種服務：一是會話服務，可以完成視頻會議或電話會議；二是錄制服務，能夠完成前期或現場的視頻流錄制；三是多媒體信息服務，能夠進一步提高視頻格式的網絡適應性，在未來的無線網絡通信中更好地提高視頻應用的效果和質量。

3 無線網絡視頻傳輸

在經過壓縮編碼后，視頻信號想要在無線網絡中順利完成通信，除了需要確保視頻編碼符合無線網絡通信的相關技術標準之外，還要與流媒體技術的相關特點相吻合。圖2為無線網絡視頻傳輸系統。

圖2 無線網絡視頻傳輸系統

經過壓縮編碼器后，視頻信號被有效壓縮編碼，同時加密相應的數據包，完成射頻信號的有效轉變，順利將視頻傳輸到相應的無線網絡。對于用戶使用的移動終端，在接收到相應的射頻信號后，先簡單初步處理無線網絡通信中接收到的各類信號如去噪和濾波，然后解密相應的信號。數據完成解密后會被傳輸到解碼器，隨后被壓縮編碼的數據通過整合還原成視頻信號編碼，最后通過流媒體技術將相應的視頻信號編碼還原成視頻內容，實現視頻流重建[9]。

在無線通信網絡中進行視頻傳輸時，流媒體技術是其中的關鍵技術之一。它能夠確保在無線網絡中更加高效地實時傳輸視頻流，為用戶提供優質的視頻服務。多媒體技術在進行無線通信網絡的視頻傳輸時，會使用實時傳輸協議（Real-time Transport Protocol，RTP）提高實時傳輸的質量。RTP協議是一種網絡輕型傳輸協議，是專門為多媒體應用而設計的一種交互式服務協議，能夠實現不同終端之間視頻流的有效傳輸，具有以下6個主要特點。第一，RTP協議具有顯著的輕型性特征，在使用過程中主要是和相應的應用有效結合，以提高傳輸質量。第二，RTP協議具有明顯的靈活性，將控制策略的算法和協議機制的算法分開，僅僅面向用戶提供實時傳輸的相關機制。第三，RTP協議具有顯著的獨立性，和下層其他協議沒有直接關系，可以在互聯網交換協議、用戶數據報協議/網際互連協議、異步傳輸模式（AsynchronousTransferMode，ATM）的AAL層上運作。第四，RTP協議具有較好的擴展性，既能夠滿足單播應用相關要求，又能夠滿足組播應用的相關要求，為無線通信網絡視頻會議奠定了技術基礎。第五，RTP協議分離了媒體數據和控制信息，將RTP媒體數據分組和傳輸控制報文協議（Real-time Transport Control Protocol，RTCP）數據分組，實現了有效的數據分離，且在傳送過程中采用帶外方式。第六，RTP協議具有良好的安全性，能夠有效加密傳輸數據，同時能夠阻止外界的病毒和黑客攻擊，進一步提高視頻在無線通信網絡中的傳輸安全性[10]。

應用流媒體技術進一步提高了無線通信網絡中視頻傳輸的質量和效率，尤其是流媒體技術的低碼率特點能夠進一步提高實時傳輸的效果，為無線通信網絡中的視頻傳輸奠定了良好的基礎。

4 結 論

目前，無線通信網絡中的視頻傳輸技術不斷發展，流媒體技術不斷升級，為視頻傳輸提供了新的思路和方向。后續需要加強對流媒體技術的研究和應用，不斷更新移動終端技術和無線通信網絡技術，為提高視頻傳輸質量提供更多支持。