面向视频承载的传输网络发展策略探讨

田丰沣 杜清军



面向视频承载的传输网络发展策略探讨

田丰沣 杜清军

中通服咨询设计研究院有限公司四川分公司，四川 成都 610036

针对以TCP/IP传输协议与分组交换为技术基础的internet来讲，其实为一种仅提供Best-Effort的典型异构网络。带宽随着时间与位置的变化而发生改变，因拥塞而造成抖动、传输延迟及分组丢失难以避免。在internet上，为了能够实现高质量、有效性视频传输，需依据信道特性，进行编码器接口及网络的设计，也就是信源信道联合编码（JSCC）。基于internet视频传输系统结构，探讨了面向视频承载的传输网络发展策略。

视频传输；视频承载；传输网络；信源信道联合编码

伴随计算机处理能力的不断提高以及internet带宽的持续增长，以流媒体传输为基础的视频应用得到多元化、长足发展，比如远程医疗、交互式视频服务、远程教学等。基于internet进行视频流的传输技术，已成为当前开发与研究的重心。就视频流传输而言，其在稳定性与实时性方面有着比较严格的要求。为了能够在internet上实现高质量视频传输，需探究基于视频承载的传输网络发展策略。

1 internet视频传输系统浅析

internet视频流传输主要包含两部分：一是视频编码；二是通信协议设计。

1.1 视频编码

视频编码的一个主要目的就是一定重构质量的前提下，以尽可能少的比特数，来表示视频信息[1]。就第一代视频编码技术而言，其基础为香农信息论。运用统计概率模型对信源进行描述，通常选用熵编码、像素块正交变换以及补偿技术，消除视频数据存在的冗余情况。能够代表视频编码方向的是以内容为基础的第二代编码技术。第二代编码技术关心的是怎样消除内容的冗余。这是现阶段视频编码最活跃的领域，并且在基于对象的压缩标准MPEG4中，得到了比较好且全面的体现。但需要指出的是，这项技术仍然不够成熟与完善。此外，为了使压缩比特流在具体的健壮性方面变得更好，需根据实际情况及需要，借助增加校验位等方式，来达到提高码流抗误码质量与能力的目的[2]。

1.2 多媒体网络的基本通信协议分析

在当前比较发达的internet上，要想更高效、更全面地完成视频传播，需要始终秉持如下通信协议：基于会话层所制定的诸如RTSP等实时流协议；基于传输层架构下所制定的诸如UDP等协议；基于网络层所制定的IP协议等。IP借助internet技术，能够根据实际情况及需要，传送基于UDP数据包架构体系下的公共平台。UDP是一种比较典型的低层传输协议，不仅被用来传送RTP、RTCP数据包，而且还用来传送RTSP、SIP等数据包。但需要指出的是，在整个设计过程中，传输层协议的选择为其核心所在。与TCP协议处于对应状态的重传机制，会引发一定程度的延迟。此影响与趋势，不利于甚至还会阻碍流数据的高效传输，所以传输层一般情况下在选择协议上，会选择没有连接的UDP协议。此协议在实施数据包方面，难以得到保障，而且还很难保证传输的可靠性，因此应采用更加实用的RTP/RTCP协议，提供更能满足实际需要的丢包检测[3]。

2 以视频承载为对象的传输网络发展策略

2.1 拥塞控制策略

2.1.1 设计原则

网络拥塞会给internet视频通信技术造成比较大的影响，而且影响因素也比较多样。网络拥塞在实际操作中，除了会减少信道具体的吞吐量外，还会造成不同程度的分组丢失及延迟增长等状况。对此，需采取切实有效的措施，限制网络载荷，控制拥塞。

拥塞控制策略需要能够为网络传输的公平性与平稳性提供保障，尽可能地提升视频流传输的服务水平与质量。传统的TVP协议经常运用的拥塞控制方法为：快速恢复、拥塞避免、慢启动等。由于TCP的面向连接与重传机制，会引入较大延迟不适合流数据传输，因此通常在视频传输上，会选用面向视频承载或无连接的UDP协议。UDP协议在具体的编制上，并没有专门设置拥塞控制机制，因此在实际操作中，在减少宽带时，UDP发送的数据并不会随之减少[4]。所以TCP流与UDP流之间存在着比较明显的不公平。在应用实时视频时，应采用一定的拥塞控制策略，以此来实现TCP友好性，使TCP数据流和UDP数据流公平地共享带宽。

2.1.2 判别网络状态

评估网络状态主要有两种方法：一是探察；二是以模型为基础。就前者而言，发送方通过调整发送速率探察网络宽带；就丢包率而言，其与某个丢包极限相比较，存在偏低情况时便可以根据实际需要，以发送速率为对象，进行适当的调整。基于模型的拥塞，通过TCP连接吞吐量，计算模型并估计带宽，在微观上可模仿TCP并进行速率控制，因而具有TCP友好性。此外，基于模型的拥塞还能最大限度规避AIMD算法造成的瞬时流量波动。

2.2 差错控制策略

2.2.1 重传ARQ

ARQ技术的基础是重新发送丢失的分组，借助RTCP报告分组，得到丢失分组的序号。因为ARQ技术是一种在TCP控制机制中比较常用的方法，会延迟附加。此延迟等同于发送方与接收方间的往返时间（RTT）。现阶段，以重传为基础的差错控制方，已经得到重大改进，仅对那些在最后期限内实施分组的目标进行传送即可[5]。

2.2.2前向纠错FEC

前向纠错借助相关数据，根据实际需要，适当地添加校验块，在具体的接收端对一定范围进行纠错[6]。在设计FEC时，对于此时的发送端而言，需以分组丢失为对象，了解实际概率，在宽带利用率以及误码校验之间得到平衡。FEC的缺点：即使没有分组丢失，仍会含有额外开销；重构丢失的分组也会引入延迟。

3 结语

综上所述，当今互联网技术持续发展，在宽带业务方面提出了更多且更严格的要求，发展日渐趋向智能化与宽带化。用户在各种业态得到发展的大背景下，能够从中享受到更多高速数据业务服务，如高清视频点播等。因此面向视频承载的传输网络非常重要且十分迫切。在此需求下，应规划有效且全面的发展路径。

[1]葛青，白光伟，沈航，等. 无线网络面向视频传输优化的机会网络编码机制[J]. 电子与信息学报，2014，36（7）：1706-1712.

[2]曾群，马斌，高青，等. 面向视频承载的IP网络技术创新与实践[J]. 电信技术，2016（4）：81-84.

[3]田波，蔡述庭，杨宜民，等. 面向无线网络的可伸缩视频编码传输策略[J]. 计算机应用研究，2016（8）：2467-2469.

[4]张鹏. 面向互联网的若干视频传输关键技术研究[J]. 通讯世界，2017（8）：13-14.

[5]唐奋飞. 面向网络传输的多媒体技术研究[J]. 电脑知识与技术，2009，5（5）：1209-1210.

[6]郑科峰. 面向网络的立体视频编码和传输技术研究[J]. 赤峰学院学报（自然科学版），2008（5）：128-130.

Research on Development Strategy of Transmission Network for Video

Tian Fengfeng Du Qingjun

China Information Consulting and Designing Institute Co., Ltd., Sichuan Branch, Sichuan Chengdu 610036

For the internet based on TCP/IP transmission protocol and packet switching, it is a typical heterogeneous network that only provides best-effort. Bandwidth changes with time and location, and it is difficult to avoid jitter, transmission delay and packet loss due to congestion. On the internet, in order to achieve high quality and effective video transmission, encoder interface and network design should be carried out according to the channel characteristics, that is, joint coding of source channel (JSCC). Based on the structure of internet video transmission system, the paper discusses the development strategy of transmission network for video.

video transmission; video bearing; transmission network; source channel joint coding

TP277

A