基于流媒体技术的无线通信网络视频传输

曾昭辉

（公诚管理咨询有限公司，广东 广州 510610）

0 引 言

利用无线移动网络可以方便快捷地获取大量信息数据，包含数字音频、视频文件等。随着无线通信技术的发展，人们逐渐从传统的物理信息连接中解脱出来，互联网用户可以在任何时间、任何地点访问网络共享资源。在发展无线移动互联网技术时，需要将无线移动网络和流媒体整合到一起，以实现无线移动互联网与无线多媒体的融合使用。无线移动网络具有动态变动的特点，信道带宽传输不稳定、信道品质不稳定、节点的移动变化快，给实现实时流媒体业务的服务质量（Quality of Service，QoS）保障提出了新的挑战。

1 流媒体技术

流媒体技术是基于因特网技术发展起来的一种多媒体技术，其主要特征是将多媒体数据以数据流的方式传送，可以实现对多媒体数据的在线传送，在用户端接收到相应的多媒体信息后，实现对多媒体内容的实时播放，还可以实现视频、音频以及多媒体的实时交互，同时实现下载和播放[1]。流媒体系统中包含播放器、编码器以及相关代码转换工具，宽带流媒体价值链如图1所示。

图1 宽带流媒体价值链

流媒体服务器主要由主机、紧耦合多处理机、调谐视频服务器构成，主要提供任务服务、流服务、数据存储、视频数据传输以及媒体数据传输服务等[2]。考虑到无线通信网络的特性，采用流媒体技术可以更好地实现多媒体数据传递[3]。为了满足快速增长的新业务需求，对时间卷积网络（Temporal Convolutional Network，TCN）多服务的传输模式和调度机制进行了深入探讨，以确保各种数据的实时性、安全性以及可靠性，提高网络资源的使用效率。针对实时周期数据、实时非周期数据、流媒体数据的传输要求，分别对数据通信模型、网络资源调度以及实时数据进行了研究[4]。在此基础上，提出了一种基于时间触发的TCN周期数据调度方法。通过对互联网TCN时延的组成进行分析，可以建立一个统一的时间限制条件，用于实时调度周期数据。同时，为了使系统调度达到一种平衡状态，需要建立一个基于数据抖动和负荷平衡的循环调度表优化模型。基于可调度性的模块理论，采用模糊控制方法，给出求解周期数据时间触发计划表的结果。通过TCN拓扑结构，详细地对调度单进行全面性能评价，通过显示的结果来验证这种方法是否可靠。

2 无线通信网络视频编码方案

受无线频谱资源和通信条件的限制，对无线通信系统中的视频压缩技术进行了研究，以保证数据传输的准确性和高效率。在无线通信网络中，视频编码需要具有高压缩率、低功耗等功能，既要确保所传送的视频图像和图像信息不损坏、不失真，又要对多媒体数据进行最大程度的压缩，在保证视频流编码具有良好的兼容性、稳定性和可扩展性的同时，提高数据传输的安全性。在此基础上，采用MPEG-4技术实现无线视频流的视频压缩，通过分层编码和分层加密的方式保证其可用性和数据传输的安全性。无线视频流的编码过程是逐帧分割视频目标层的数据结构，逐个进行编码[5]。

3 无线通信网络视频传输方案

在对无线网络视频信号进行编码后，既要满足无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）的数据传送标准，也要满足流媒体的格式要求。无线通线网络中图像的传送过程包括：（1）利用压缩编码器对图像进行压缩编码、数据加密、格式变换，然后再进行数据转换；（2）接收无线通信网络中的射频信号，对其进行滤波、去噪处理，并将其解码；（3）将解码后的报文送入编码机，经编码机将报文恢复为原视频资源，再由视频回放软件实现视频播放[6]。

当前市面上的大多数视频传输系统都要求有较高的带宽来保证视频的实时性，一旦出现网络拥挤的情况，就不能保证视频传输的实时性，这对于用户来说是一种很糟糕的体验。针对目前网络拥挤等极端条件下直播实时性较差的问题，提出一种基于传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）的实时传输方案[7]。采用安卓智能手机作为实时视频传送的驱动端和播放端，通过KCP协议实现驱动端对终端的通信。采用KCP协议作为移动平台与播放器的视频传送协议，在网络拥挤的条件下可以有效保障设备的实时性。为了确保网络抖动情况下的实时性，还可以在智能手机播放中加入跟踪帧数。为了降低安卓系统在网络抖动情况下的累积延迟，在KCP接收队列中，根据队列末端的视频数据时间戳来判定是否放弃报文。通过对所设计的实时视频传输系统的功能进行测试，结果表明各模块具有良好的功能和实时性，可以满足实际应用的需要[8]。

随着互联网和物联网技术的发展，移动智能设备对人们的日常生活、娱乐生活都产生了深远的影响。在5G技术的普及下，视频通话、远程会议等已经非常受欢迎的媒体通信和应用领域将会出现一轮新的增长。就装置而言，每个新的智能装置都集中在解决问题上，相互之间几乎没有互动和联通，这样就很难将设备的优点完全发挥出来。在日常生活中，需要充分利用智能设备的特点，简化操作流程[9]。流式传输基本原理如图2所示。

图2 流式传输基本原理

采用设备查找与连接功能，利用智能手机在局域网中查找其他智能设备，建立远程网络传输命令，利用推流技术实现多屏幕共享。按照商业应用的需要，无线通信网络视频传输系统分为媒体通信模块、设备控制与管理模块、多媒体应用服务模块等。其中，媒体通信模块主要用于视频通话和多人会议；设备控制与管理模块主要实现设备寻优、设备长连线、控制器发送命令等；多媒体应用服务模块可以完成对图像的实时浏览、获取以及剪辑[10]。此外，利用实时消息传输协议（Real Time Messaging Protocol，RTMP）协议实现对实时媒体流进行推送和在接收端进行播放。经过系统全面的功能测试和非功能测试，各项功能都满足设计要求，实现了预定的目标。

4 结 论

无线通信网络下的视频传输业务存在较多缺陷，缺少对多媒体实时服务的QoS保障，在多媒体通信量不断增加的情况下，经常出现网络拥塞，造成多媒体信息传输延迟和丢失、媒体播放中断、视频音频不清晰以及音频与视频不同步等问题。针对目前无线通信网络发展过程中存在的问题，提出了一种基于流媒体技术的新型视频传输方案，根据无线网络的发展趋势，引入流媒体技术为无线通信网络制定更加完善的视频传输方案，促使我国无线通信网络视频传输技术得到进一步发展，为无线通信网络视频传输提供新的思路。