无线视频传输系统原理与设计

无线视频传输系统原理与设计

摘要 随着移动通信业务与技术水平的不断提高，无线通信应用越来越广泛。除了基本的语音服务之外，无线网络逐渐拓展到高速数据、多媒体、数据图像业务等领域。在全新移动多媒体环境下，给无线传输系统的设计提出了全新要求。

关键词 无线视频传输；视频图像；压缩编码；Qos

中图分类号TN92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0177-02

1 无线视频传输系统的原理与特征

与传统的有线网络相比，无线传输环境的信道环境较为恶劣，再加上网络时代的时变性、Qos保障的复杂性等特点，给无线视频传输服务提出了更多挑战，尤其体现了视频图像编码、传输技术、压缩技术等应用特点。

1.1 信道资源有限

虽然视频数据经过了压缩编码处理，但是仍然需要较多的传输频带，例如，电视质量编码、传输容量等。但是鉴于恶劣的无线信道环境，而带宽资源比较匮乏，因此给数据传输带来更高要求。虽然目前蓝牙技术日益发展与完善，但是以蓝牙2.0协议来看，最多只能支持3M左右的传输速率。

1.2 实时性要求较高

以传统的通信数据来看，视频通讯的实时性、完整性要求较高。但是在多媒体应用中，点到点延迟一般在150ms范围内。在这一过程中，除了实现数据和发送端、接收端的压缩和解压缩功能之外，还应包含延迟传输。

1.3 Qos质量保障

与传统的移动通信系统相比，普遍存在误码率高现象。在无线通信的传输过程中，带来Qos质量影响的因素较多，包括用户数量变化、环境变化、天气变化等。为了实现宽带的压缩，应该在发送端，压缩视频信息。同时认识到，压缩之后的数据相比压缩之前的数据，对传输误差更敏感，而极少的误差也可能造成重建视频质量的大幅下降，对Qos产生直接影响。因此，在无线通信系统中，实行视频发展，具有一定难度，这就要求传输系统与视频编解码必须解决高误码比、包丢失等问题，以此确保Qos质量。

2 无线视频传输系统的设计

鉴于视频传输数据的特殊性，无线视频传输系统中，对实时性的要求较高。以下将对视频编码协议中的实时性问题进行具体分析与阐述。在小波编码算法中，存在较多优点，但是算法较为复杂，目前与实时性的要求甚远。基于协议编码计算的基本环节，对提高无线视频传输系统的实时性具有重要意义。

2.1 运动模式的估计

通过对编码的预测，可有效减少时间域的冗余信息。运动模式的估计，是预测编码的关键环节。在参考帧中，寻找与目前帧图像块基本类似的图像块，也就是最佳匹配块。一般估计结果由运动量来体现。研究运动模式的估算方法，主要就是研究相匹配的搜索算法。经分析研究表明，在原始的运动估算法中，编码器消耗了大约70%的编码器执行时间。因此，为了加快编码器的执行速度，必须加快估计算法的研究，可实现全局结果，但是由于运算量比较大，在实际应用中存在一定弊端。通过减少搜索时间与空间的方式，采取快速估计算法，加快搜索过程。在实际应用中，快速搜索的典型算法主要有：二维对数法、三步搜索法、交叉搜索法以及共轭方向搜索法。

2.2 算法结构的并存

在并行的处理结构体系中，一般利于系统处理能力的提高，再加上视频编码的计算方法处理潜力较强。因此，加强对并行运算方法的编码计算研究，可确保编码算法的顺利实现。例如，在两个处理器并存的情况下，可以同时实现图像块运动或DCT变换。这样，就可极大缩小运动估计与DCT的变换环节运算。

2.3 专业DSP设计

在微电子计算发展过程中，DSP的专业芯片也有所进步。目前，基本实现了几十甚至上百BOPS每秒的运算速度，提高DSP应用性能。这给系统的实时处理能力，提供了硬件保障。通过利用高速DSP芯片，在视频编码算法研究中，扮演重要的角色，给很多厂商提供了专用芯片。

3 Qos的质量控制

3.1 网络技术为核心

以网络技术为核心的Qos，主要通过基站、交换机、路由器等提供支持，包括丢包率、数据率、传输延迟等。在传统的互联网应用中，给单一等级尽量提供服务，但是还无法确保Qos质量。根据Qos的质量要求，主要提出了以网络为核心的两种Qos控制策略：集成服务与区分服务。出于集成服务，应该在传输路径中，给每个节点的数据传输预留空间，并做好资源维护工作，因此在实现中存在一定难度，缺乏扩展性。在此基础山，提出了区分的服务模型。区分服务模型，主要在网络的入口处，实现各个数据分类，在数据包中相应标记区分服务，以此提高数据包的路径处理效率。

3.2 终端技术为核心

鉴于终端控制机制，主要包括差错控制与拥塞控制两种形式。拥塞控制的主要目标在于采取某种办法控制网络阻塞问题，降低丢包率与时延问题。一般拥堵控制机制主要包括速率自适应视频编码、速率控制以及速率整形。对于视频流的来说，常见方式为速率控制，基本方法为：通过应用速率反馈体系，利用媒体流的效率，提高层次编码能力，在媒体服务器端，实现媒体的动态调节，提高传输效率，确保客户端在网络应用中，即使带宽发生变化，也不会影响流媒体的收看质量。

通过采取拥堵控制措施，只能尽量降低数据包的丢失，但是在实际网络应用中，不会出现丢失数据包的现象，如果达到时延过大的分组现象，也可能由于没有用而丢弃，进而降低视频质量。若想改善视频质量，必须采取一定的差错控制策略。其中包括：重传延迟约束、前向纠错、隐藏差错、弹性编码的纠错等。一般隐藏差错仅能在接收端完成，而其他控制机制，只需要在接收端与发送端完成即可。

本文对无线视频传输的基本原理进行全面的阐述，提出了无线视频传输系统设计方法及Qos质量控制原理，对无线视频传输系统硬件设计有较大的参考价值。

参考文献

[1]邱锦波，冯镔，邓慧萍，喻莉，朱光喜.一种针对无线视频传输的帧内宏块更新方法[J].计算机科学，2011(6).

[2]马彦芳，苏胜君，施伟斌.基于RUDP无线视频传输的设计与实现[J].常州工学院雪报，2010(4).