基于千兆以太网的立体视频实时传输系统设计与实现

论文摘要

随着计算机网络和视频压缩技术的迅速发展,视频点播、远程教学、视频会议等流媒体技术得到了越来越广泛的应用。然而,当前大部分的视频传输系统都是基于平面视频内容,这已经无法满足人们对于立体视频的观看需求。立体视频与平面视频相比,增加了景物的深度信息,能给观看者带来更真实的立体感。因此立体视频是下一代多媒体技术的必然趋势,基于立体视频的传输系统有着重要的研究价值。本文以DirectShow为开发平台,结合流媒体技术设计了一个基于以太网的立体视频实时传输系统。在前端采集部分,通过8个摄像头对同一场景进行实时采集,然后利用网卡将这些原始YUV视频发送到接收端;接收端对收到的视频先进行YUV到RGB的色彩空间转换,然后合成为单路立体视频,并在3D显示器上播放出来。由于传输的是多路未经压缩的原始视频,所以数据率极大,这就要求传输速度足够的高,才能保证视频的流畅播放。提出并实现了一种适用于未压缩视频流的抗丢包方案,该方案通过在发送端对视频数据进行简单的像素交织,以及接收端的插值处理,达到了在5%传输丢包率的情况下,视频质量无明显的下降。提出并实现了一种低开销的多视点视频流同步方案,当某个视点发生多帧丢失时能较好的恢复丢失的视频帧,实现多路之间的帧同步。传统的千兆以太网传输的业务数据速率很低,一般只能达到300Mbps~400Mbps左右,本文通过采用多线程、多套接字以及优化网络参数等技术实现了最高900Mbps的数据传输速率,完全能满足8视点视频流实时传输的需要。本文利用多线程技术对8路视频进行并行传输,并对数据包编号,便于在接收端进行包失序重排,并利用自定义的中值滤波算法对丢失的数据包进行恢复。通过实验证明,本算法不仅极大的减小了丢包所产生的错误,而且速度快、消耗CPU资源少,达到了预期的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 课题可行性分析
• 1.4 主要工作和论文结构
• 第二章 Windows网络编程与DirectShow系统概述
• 2.1 Windows Socket网络编程技术
• 2.1.1 套接字（Socket）的概念
• 2.1.2 Windows Socket的基本函数
• 2.1.3 阻塞、非阻塞与异步处理
• 2.2 DirectShow概述
• 2.2.1 DirectShow系统组成
• 2.2.2 过滤器
• 2.2.3 媒体类型
• 2.2.4 过滤器图表管理器
• 2.2.5 过滤器中的数据流动
• 2.3 多线程编程
• 2.3.1 线程与进程
• 2.3.2 进程间通信
• 2.3.3 线程间的同步
• 2.4 本章小结
• 第三章 实时传输关键技术研究
• 3.1 网络协议的选择
• 3.2 网络分析工具介绍
• 3.2.1 网络性能测试工具Iperf
• 3.2.2 网络协议分析工具Wireshark
• 3.3 Socket参数对传输性能的影响
• 3.4 视频QoS要求与实现
• 3.4.1 视频对网络的QoS要求
• 3.4.2 流量与拥塞控制
• 3.4.3 丢包与乱序处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 网络发送端的设计与实现
• 4.1 总体方案选择
• 4.2 YUV视频格式
• 4.3 网络发送Filter的设计
• 4.3.1 视频数据交织与编号
• 4.3.2 DirectShow开发环境的配置
• 4.3.3 网络发送Filter的功能实现
• 4.4 网络发送Filter的功能验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 网络接收端的设计与实现
• 5.1 总体方案选择
• 5.2 网络接收Filter的设计
• 5.2.1 包乱序处理
• 5.2.2 丢包恢复
• 5.2.3 多输出网络接收Filter的实现
• 5.3 网络接收Filter的验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 系统改进展望
• 英文缩略语表
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢