基于流媒體技術的無線通信網絡視頻傳輸

曾昭輝

（公誠管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510610）

0 引 言

利用無線移動網絡可以方便快捷地獲取大量信息數據，包含數字音頻、視頻文件等。隨著無線通信技術的發展，人們逐漸從傳統的物理信息連接中解脫出來，互聯網用戶可以在任何時間、任何地點訪問網絡共享資源。在發展無線移動互聯網技術時，需要將無線移動網絡和流媒體整合到一起，以實現無線移動互聯網與無線多媒體的融合使用。無線移動網絡具有動態變動的特點，信道帶寬傳輸不穩定、信道品質不穩定、節點的移動變化快，給實現實時流媒體業務的服務質量（Quality of Service，QoS）保障提出了新的挑戰。

1 流媒體技術

流媒體技術是基于因特網技術發展起來的一種多媒體技術，其主要特征是將多媒體數據以數據流的方式傳送，可以實現對多媒體數據的在線傳送，在用戶端接收到相應的多媒體信息后，實現對多媒體內容的實時播放，還可以實現視頻、音頻以及多媒體的實時交互，同時實現下載和播放[1]。流媒體系統中包含播放器、編碼器以及相關代碼轉換工具，寬帶流媒體價值鏈如圖1所示。

圖1 寬帶流媒體價值鏈

流媒體服務器主要由主機、緊耦合多處理機、調諧視頻服務器構成，主要提供任務服務、流服務、數據存儲、視頻數據傳輸以及媒體數據傳輸服務等[2]。考慮到無線通信網絡的特性，采用流媒體技術可以更好地實現多媒體數據傳遞[3]。為了滿足快速增長的新業務需求，對時間卷積網絡（Temporal Convolutional Network，TCN）多服務的傳輸模式和調度機制進行了深入探討，以確保各種數據的實時性、安全性以及可靠性，提高網絡資源的使用效率。針對實時周期數據、實時非周期數據、流媒體數據的傳輸要求，分別對數據通信模型、網絡資源調度以及實時數據進行了研究[4]。在此基礎上，提出了一種基于時間觸發的TCN周期數據調度方法。通過對互聯網TCN時延的組成進行分析，可以建立一個統一的時間限制條件，用于實時調度周期數據。同時，為了使系統調度達到一種平衡狀態，需要建立一個基于數據抖動和負荷平衡的循環調度表優化模型。基于可調度性的模塊理論，采用模糊控制方法，給出求解周期數據時間觸發計劃表的結果。通過TCN拓撲結構，詳細地對調度單進行全面性能評價，通過顯示的結果來驗證這種方法是否可靠。

2 無線通信網絡視頻編碼方案

受無線頻譜資源和通信條件的限制，對無線通信系統中的視頻壓縮技術進行了研究，以保證數據傳輸的準確性和高效率。在無線通信網絡中，視頻編碼需要具有高壓縮率、低功耗等功能，既要確保所傳送的視頻圖像和圖像信息不損壞、不失真，又要對多媒體數據進行最大程度的壓縮，在保證視頻流編碼具有良好的兼容性、穩定性和可擴展性的同時，提高數據傳輸的安全性。在此基礎上，采用MPEG-4技術實現無線視頻流的視頻壓縮，通過分層編碼和分層加密的方式保證其可用性和數據傳輸的安全性。無線視頻流的編碼過程是逐幀分割視頻目標層的數據結構，逐個進行編碼[5]。

3 無線通信網絡視頻傳輸方案

在對無線網絡視頻信號進行編碼后，既要滿足無線局域網（Wireless Local Area Network，WLAN）的數據傳送標準，也要滿足流媒體的格式要求。無線通線網絡中圖像的傳送過程包括：（1）利用壓縮編碼器對圖像進行壓縮編碼、數據加密、格式變換，然后再進行數據轉換；（2）接收無線通信網絡中的射頻信號，對其進行濾波、去噪處理，并將其解碼；（3）將解碼后的報文送入編碼機，經編碼機將報文恢復為原視頻資源，再由視頻回放軟件實現視頻播放[6]。

當前市面上的大多數視頻傳輸系統都要求有較高的帶寬來保證視頻的實時性，一旦出現網絡擁擠的情況，就不能保證視頻傳輸的實時性，這對于用戶來說是一種很糟糕的體驗。針對目前網絡擁擠等極端條件下直播實時性較差的問題，提出一種基于傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）的實時傳輸方案[7]。采用安卓智能手機作為實時視頻傳送的驅動端和播放端，通過KCP協議實現驅動端對終端的通信。采用KCP協議作為移動平臺與播放器的視頻傳送協議，在網絡擁擠的條件下可以有效保障設備的實時性。為了確保網絡抖動情況下的實時性，還可以在智能手機播放中加入跟蹤幀數。為了降低安卓系統在網絡抖動情況下的累積延遲，在KCP接收隊列中，根據隊列末端的視頻數據時間戳來判定是否放棄報文。通過對所設計的實時視頻傳輸系統的功能進行測試，結果表明各模塊具有良好的功能和實時性，可以滿足實際應用的需要[8]。

隨著互聯網和物聯網技術的發展，移動智能設備對人們的日常生活、娛樂生活都產生了深遠的影響。在5G技術的普及下，視頻通話、遠程會議等已經非常受歡迎的媒體通信和應用領域將會出現一輪新的增長。就裝置而言，每個新的智能裝置都集中在解決問題上，相互之間幾乎沒有互動和聯通，這樣就很難將設備的優點完全發揮出來。在日常生活中，需要充分利用智能設備的特點，簡化操作流程[9]。流式傳輸基本原理如圖2所示。

圖2 流式傳輸基本原理

采用設備查找與連接功能，利用智能手機在局域網中查找其他智能設備，建立遠程網絡傳輸命令，利用推流技術實現多屏幕共享。按照商業應用的需要，無線通信網絡視頻傳輸系統分為媒體通信模塊、設備控制與管理模塊、多媒體應用服務模塊等。其中，媒體通信模塊主要用于視頻通話和多人會議；設備控制與管理模塊主要實現設備尋優、設備長連線、控制器發送命令等；多媒體應用服務模塊可以完成對圖像的實時瀏覽、獲取以及剪輯[10]。此外，利用實時消息傳輸協議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）協議實現對實時媒體流進行推送和在接收端進行播放。經過系統全面的功能測試和非功能測試，各項功能都滿足設計要求，實現了預定的目標。

4 結 論

無線通信網絡下的視頻傳輸業務存在較多缺陷，缺少對多媒體實時服務的QoS保障，在多媒體通信量不斷增加的情況下，經常出現網絡擁塞，造成多媒體信息傳輸延遲和丟失、媒體播放中斷、視頻音頻不清晰以及音頻與視頻不同步等問題。針對目前無線通信網絡發展過程中存在的問題，提出了一種基于流媒體技術的新型視頻傳輸方案，根據無線網絡的發展趨勢，引入流媒體技術為無線通信網絡制定更加完善的視頻傳輸方案，促使我國無線通信網絡視頻傳輸技術得到進一步發展，為無線通信網絡視頻傳輸提供新的思路。