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TCP/IP協議和IP組播的視頻傳輸

責任編輯:企業網 |來源:企業網D1Net  2010-08-05 18:09:48 原創文章 企業網D1Net

1 TCP/IP協議

  TCP/IP是一組完整的數據協議集,得名于兩個最重要的協議:傳輸控制協議(Transmission Control Protocol .縮寫TCP)和網絡協議(Internet Protocol.縮寫IP)。目前TCP/IP協議已成為占主導地位的通訊協議,它能使各種業務在不同的網上實現互聯互通,從技術上為網絡融合奠定了基礎。它之所以能夠獲得如此成就,是因為它具有如下的特點: 開放的協議標準,可以獨立于特定計算機和操作系統的開放方式。 獨立于特定的物理網絡硬件,可以運行在多種網絡傳輸介質上。

  共同的地址規劃方案使得整個網絡中的任何TCP/IP設備都具有一個唯一的地址。 標準化的高層協議提供了多種可靠的用戶服務。

  2 IP技術的發展

  TCP/IP是Internet網絡中的重要的技術基礎。1989年WWW的出現,使Internet發生了根本的變化,使其從單純的數據通信網絡發展成為能夠在世界范圍內共享和發送信息的分布式文件系統,其利用價值飛速提高,TCP/IP協議也因此得到廣泛應用。特別是1993年因特網商業化后,網絡規模平均以半年翻一番的速度發展,使人們認識到應該在網絡層用網絡互聯協議實現不同種類網絡的互聯,形成一個獨立于網絡基礎設施的平臺,這就是IP網。普通IP網傳送實時業務不能保證服務質量,因此,寬帶IP網應運而生。隨著一些關鍵術如IP Over DWDM, MPLS流量工程等出現。它可以提供能夠和ATM網相當的服務質量,可以實現無縫連接多種不同網絡的綜合業務網。寬帶IP網為開拓新的寬帶數據通信和寬帶交互式媒體新業務提供了平臺。IP網絡對多媒體通信的需求也在日溢膨脹。為此,國際電聯(ITU)制定了H.323標準,使得在現有通信網絡上進行視頻傳輸成為可能。 以TCP/IP協議為基礎的寬帶IP網必將融合三大網絡即:有線電視網、電信網、計算機網的先進技術和網絡資源,成為未來信息公路的主流。

  3 IP視頻傳輸

  3.1 網絡多媒體的應用要求

  因為多媒體信號是交互的互動的,它對網絡提出了以下的應用要求:

  (1) 吞吐(throughtput)的要求,是指對高傳輸帶寬,大存儲緩沖帶寬的要求,和對流量的控制。

  (2) 可靠性的要求:在這里對可靠性的要求不是重點。適當的數據丟失不會過多影響視頻播出的實際效果。

  (3) 網絡延時要求:對網絡延時,抖動要求較高,因為多媒體視頻流對網絡傳輸延時和抖動比較敏感。如傳輸的視頻信號與音頻信號必須同步等。

  3.2 IP組播

  IP組播,英語原文IP Multicast ,也可譯為“成組通信”。1999年IP組播具有了發展的三個關鍵條件:①支持IP組播的路由協議;②使用開放標準的可測試管理協議;③發展的商業機遇。從而使其進入高速發展階段。 IPv4定義了3種IP數據通信方式:①點點通信;②全網廣播;③組播。點點通信是指兩個IP地址間進行的數據通信;全網廣播是指在IP子網內向所有網內IP地址以廣播的方式發送數據包,所有子網內的IP站都能收到全網廣播;組播是指在IP網上對一組特定IP地址進行數據傳送,是居于以上①與②之間的通信方式。 對IPv4定義的3種數據通信方式比較我們發現,IP組播具有明顯區別于①、②方式的特點:某個IP站點向IP網多個站點發送數據時,可減少不必要的重疊發送,可有效地利用網絡的帶寬,可減少網絡延時與抖動。IP成組通信的可靠性較之①、②方式差些。

  3.3 IP視頻應用要求

  因為網上信息的交互性和互動性,使網絡中的信息傳輸量日益劇增,網絡傳輸的瓶徑問題是突出的!在多媒體應用中,視頻傳輸帶來的網絡帶寬問題更突出些。當n個IP地址同時接收網絡多媒體視頻流時,設每個視頻流所需傳輸帶寬為1.5M,按現在網絡結構,所需帶寬為n*1.5M,同時會帶來無法忍受的網絡延時和抖動。現有的大部分網絡多是使用TCP/IP點到點的協議構置,因此我們研究的重點是如何在現有網絡條件下不作過多的改變來實現視頻的傳輸,即IP組播解決方案要與現有網絡兼容。 如前所述:多媒體視頻流對數據可靠性要求不高,適當的數據丟失不會過多影響視頻播出的實際效果。雖然多媒體視頻流對網絡傳輸延時和抖動比較敏感,而IP組播在網絡中延時與抖動是很少的。所以用IP成組通信來傳輸IP視頻信號是可行的。

  4 用IP組播實現視頻傳輸的一種方法和它的特點

  目前在IP網上提供視頻服務的方式主要有兩種:

  1)完全利用路由器的Multicast技術,不需另加服務器轉發,但會增加路由器負擔,有“廣播風暴”危險,網絡路由協議也需調整。

  2)利用軟件和服務器,在整個IP寬帶網上迭加一個處理流媒體的迭加網,由迭加網實現點到多點組播、媒體流路由和多點注入等功能。 我們所用的視頻服務方式為2)方案。具體的說就是:計算機配合專用軟件組成服務器,實現實時控制。控制的目是:對于多媒體視頻服務器端,必須具有最大效率發送機制,也就是說,系統能夠最大限度地在最短時間內響應和滿足從多媒體視頻接收端送來的視頻請求,一次完成指向需求用戶所有地址的數據發送,計算機實時控制系統隨時監控視頻傳輸的質量,同時自動調整帶寬等。當然傳輸方法的實現能與目前的網絡設施兼容。

  以上方案實施過程中,計算機(服務器)時刻監控著系統,達到盡可能好的廣播質量和高效率,絕不用發生辟如“廣播風暴” 等危險。 根據以上要求我們設計了如下系統,它由四部分組成它們是:視頻發送、視頻轉發、視頻接收、視頻控制。以下具體說明各部份的功能:

  ① 視頻發送

  視頻發送為預制視頻或者稱為實時視頻,它可以是獨立的計算機,也可以與第一級“視頻轉發”單元共用一臺計算機。具體地說,我們先將視頻按MPEG-1 編碼技術進行實時視頻壓縮,此格式的數碼率為1.5Mbit/s,圖象采用SIF格式(352х288),每秒30幀,兩路立體聲伴音。之所以按MPEG-1 編碼技術進行實時視頻壓縮,因為通過它壓縮后的視頻信號質量令人滿意,而數碼率帶寬相對比較窄,有利于IP組播。(當然也可以用其它編碼技術)。然后我們將壓縮后的訊號送到視頻轉發端。訊號從視頻發送連接到視頻轉發是點到點的傳輸(此單元屬于IPv4的通信方式①)。

  ②視頻轉發

  視頻轉發主要作用,是將從視頻發送端發送來的視頻信號,通過IP網絡轉發給視頻接收端或下一級的視頻轉發端。它是IP組播傳輸視頻信號的核心,視頻信號用IP組播方式轉發,即對一組特定IP地址(同一類請求的用戶)進行數據傳送。視頻轉發,由轉發計算機(服務器)完成。

  ③視頻接收

  視頻接收是用戶的多媒體終端。當然要求用戶的多媒體終端設備,須能支持IP組播。

  ④視頻控制

  其主要功能是對轉發站點進行控制,用來建立和管理轉發站點上的IP組播數據組的傳輸。控制系統要最大限度地滿足,完成指向需求用戶的數據發送,同時密切注意視頻傳輸的質量。具體的說就是,要盡可能多地為同類請求用戶發送數據,但要在允許的帶寬范圍之內。這個帶寬,是通過計算機實時控制的,計算機實時控制系統隨時監控視頻傳輸的質量,自動調整帶寬;同時對網絡其它各項參數也實現實時監控。可見視頻控制,實質上也就是計算機的實時控制。計算機實時控制的好環真接決定了IP組播效果。

  此方案的關鍵技術是合理的視頻轉發,尋求最大的效益,又有滿意的傳輸質量。此方案的實現,得益于計算機的實時控制技術。 我們用此方法在100MEthernetLAN網絡,實現實時網絡IP組播視頻傳輸的試播,傳輸MPEG-1視頻信號(每個視頻流帶寬1.5M),視頻信號傳輸效果良好。證明以上方案是可行的。 5 結束語 以上設計方案兼容現有網絡,有滿意的效果,具有推廣應用價值。

關鍵字:voip voip技術 voip資料

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