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1、前沿技术DOI:10.3969/.jissn.10013824.2011.03.014基于3G无线网络视频传输的QoS实现周家喜(华东电子工程技术研究所,合肥230088)摘要:在现有TCP/IP协议栈基础上提出了一种新的应用层QoS控制机制,并对该控制机制在CDMA2000网络上的运用进行了实际测试,测试结果表明该QoS控制机制可以实现H.264视频流在3G无线网络上的实时流畅传输。关键词:3G;H.264;无线视频传输;QoS时,由信道误码导致的高丢包率使得TCP的窗口机0引言制无法正常工作,传输性能急剧下降。因此,在
2、当中国3G移动通信网络已经全面商用,充分利前的3G网络上采用UDP进行实时视频传输已成为用该网络资源开发无线视频传输业务,对于实现远首选。程无线视频监控、城市安全、火灾现场视频传输等当在3G网络上使用UDP进行视频流传输时,公共安全应用具有重大意义。3G无线网络是基于丢包率随着数据包长度的增加而增加,为了降低丢Client/Server模型的非对称设计,上行信道的传输包率就需要将一帧视频数据拆分为几个UDP数据速率比下行要低,另外无线信道的高误码率也是视包进行传输,但数据包越小网络的协议开销就越频应用的障碍,目前针对这方面的研究主
3、要是提供大,因此不能完全依靠缩减数据包的大小来降低丢更好的链路层和传输层的协议以及信道编码来降包率,为了充分利用信道就需要选择一个恰当的数[14]低丢包率。据包长度。为了实现高丢包率下视频流的实时传本文充分分析了3G网络在应用于无线视频传输,就需要由应用层来考虑系统传输的QoS。输中存在的问题,以TCP/IP协议栈为基础,提出了另外,3G网络用于传输分组数据的空中信道传[56]一种新的应用层QoS控制机制,即使在3G网络输速率并不稳定,随时间具有波动性,而H.264视繁忙、上行平均传输速率较低时,该QoS机制仍可频流的数据量相
4、对稳定,如果不加控制就会导致视以实现视频流的连贯传输,并且当信道的传输速率频流的中断,因此需要通过帧率控制和延时缓冲来不稳定时能实现图像质量和帧率的自适应调整,不平滑信道的波动性。会导致视频流的中断。2QoS实现及性能分析13G网络无线信道特性分析对于视频监控等应用而言,偶尔丢失一个数据3G无线网络与有线网络的最大区别在于其高包只会导致一帧图像不能解码,对整个视频流影响延时和高误码率,通常在有线网络上使用的很少较小。本文正是基于这样的前提条件,设计了一种由于错误而丢包的假设在3G无线网络上是不成应用层的QoS控制机制,使得
5、在兼顾实时性的同时立的,而TCP/IP协议正是基于这样的前提设计的。能够充分利用网络带宽,达到视频流的实时传输。在将TCP应用于3G网络进行大量视频信息传输该控制机制包括帧率控制和丢包控制2个部分,丢收稿日期:20110322包控制不同于TCP协议的窗口控制机制,而是引入50DIGITALCOMMUNICATION/20113前沿技术了块反馈和多次反馈。Qm,最大的量化步长为QM,控制最高帧率为RM。21系统结构帧率和量化步长的控制原则为:当信道传输速率降低出现拥塞时,首先考虑降低图像质量,当图像质整个系统分为发送端
6、和接收端2个部分,整体量已经降低到预先设定的最差情况时(量化步长达框图如图1所示。到QM)仍不能解决拥塞,则考虑降低帧率。对发送队列的长度设置一个阈值LS,编码器每次从采集模块取数据之前首先检测当前发送队列的长度L,设当前编码器量化步长为Q,帧率为R,则图像质量和帧率的调整规则如下:1)当LLS,R=RM且QQm时,将Q调整为Q-1以
7、提高图像质量;发送端:视频采集模块实现对摄像机输出的模5)其它情况,保持Q和R不变。拟视频的采集,并将输入的模拟信号转化为数字信222丢包控制号输出;H.264编码器从视频采集模块获取数据,进在发送模块中保留1个可以容纳M(M=pq;行压缩编码后输出完整的数据帧;拆帧模块将一个M,p,q正整数)个数据包的环形缓冲区,将缓冲区个编码后的数据帧拆成最大长度为Lpmax的数据包分割为q块,分别标记为b1,b2,,bq,每块含有p并添加到发送队列中;发送模块从发送队列中依次个数据包,如图2所示。对发送的数据包从0到取出数据包进
8、行发送;量化步长控制模块和帧率控N-1(N=rM,r为正整数)进行循环编号以用制模块实时控制编码器的量化步长和输出帧率,以于丢包反馈和重传,发送过的数据包暂时保留在缓实现量化步长和帧率的自适应调整。冲区中,以用于丢包的重传。2个指针Pstart和
