无线多媒体跨层协议传输系统研究与设计

论文摘要

随着通信技术、数字多媒体技术和无线网络技术的快速发展,无线多媒体传输成为一个研究的热点。由于无线信道带宽有限、时变以及高误码率等特性,使得传统的分层协议效率较低,不能很好的适应信道的快速变化,而跨层协议设计由于能够优化系统的整体性能,近年来引起了广泛的认同和研究。本文基于跨层设计思想,研究了无线多媒体传输中的自适应链路、可用带宽估计等关键技术,搭建了无线多媒体跨层协议传输平台,并在此平台上实现了视频的实时获取、传输与播放。首先,论文分析了新一代视频图像编码标准H.264,在介绍H.264的基本框架、编解码过程及关键技术的基础之上实现了H.264在Linux操作系统下的压缩编码和无线环境下多媒体数据传输的码率控制。通过分析表明码率控制技术能够有效的提高网络资源的利用率。然后,介绍了RTP/RTCP多媒体传输协议的工作原理及实现流程,分析了基于NAL的简单打包与NAL分割与重组的打包策略,并在Linux操作系统下实现了基于JRTPLIB库的多媒体数据的实时传输和基于RTCP协议完成了信道实际状态的获取与反馈。其次,研究了基于跨层设计的速率自适应MAC协议,在商业无线网卡上基于Linux操作系统实现了自主设计的AMARF速率自适应算法,并进行了实际性能测试。测试结果表明,与现有的AMRR、ONOE、ARF等协议相比较,在移动环境下AMARF信道吞吐量提高了10%-40%。最后,论文搭建了无线多媒体视频跨层协议传输平台,实现了数据通道中的视频实时采集、压缩、传输、解码与播放和控制通道中的信道状态的获取、码率控制和接收端缓冲设置,验证了跨层协议的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 无线多媒体视频编码技术
• 1.2.2 无线网络传输协议研究
• 1.3 论文的研究内容
• 第二章 H.264 视频压缩及其在Linux 系统的实现
• 2.1 H.264 视频压缩标准简介
• 2.2 H.264 编解码过程
• 2.2.1 编码过程
• 2.2.2 解码过程
• 2.3 H.264 的关键技术
• 2.3.1 算法的分层结构
• 2.3.2 帧内预测
• 2.3.3 量化
• 2.4 Linux 下H.264 压缩编码的实现
• 2.4.1 Linux 下X.264 的编译与安装
• 2.4.2 Linux 下多媒体视频压缩编码的实现
• 2.4.3 码率控制
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于RTP/RTCP 协议的H.264 视频流传输
• 3.1 RTP/RTCP 协议概述
• 3.1.1 RTP/RTCP 协议特点
• 3.1.2 RTP/RTCP 协议工作过程
• 3.2 基于H.264 的RTP 打包过程
• 3.2.1 基于H.264 的RTP 打包设计规则
• 3.2.2 H.264 视频流打包策略
• 3.3 RTP/RTCP 协议传输H.264 视频流的实现
• 3.3.1 环境搭建与初始化
• 3.3.2 数据的发送接收
• 3.3.3 信道实际状态获取
• 3.4 本章小结
• 第四章 速率自适应MAC 协议设计与实现
• 4.1 速率自适应的基本概念
• 4.2 现有基于IEEE802.11 的自适应多速率MAC 协议
• 4.2.1 基于统计的方法
• 4.2.2 基于测量的方法
• 4.3 madwifi 程序介绍
• 4.4 AMARF 协议实现
• 4.4.1 AMARF 算法描述
• 4.4.2 具体实现
• 4.5 实际性能测试与结果分析
• 4.5.1 测试平台搭建
• 4.5.2 测试内容及结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 无线多媒体跨层协议传输演示系统设计
• 5.1 演示系统整体结构设计
• 5.2 数据通道模块设计
• 5.2.1 视频的采集
• 5.2.2 视频的压缩与传输
• 5.2.3 速率自适应的无线传输
• 5.2.4 视频解码与播放
• 5.3 控制通道模块设计
• 5.3.1 RTP/RTCP 反馈控制
• 5.3.2 信道状态获取
• 5.3.3 码率控制
• 5.3.4 接收缓冲控制
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录A 几种自适应协议室内近距离下吞吐量测试
• 附录B 几种自适应协议室外固定距离吞吐量测试
• 附录C 几种协议移动情况吞吐量测试