新時代音視頻傳輸技術(shù)的繼承與發(fā)展

姚銳

【摘要】在信息時代的今天，互聯(lián)網(wǎng)早已成為了人們工作生活的一部分。隨著計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使音視頻傳輸技術(shù)不斷完善，已廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】音頻 視頻 傳輸

一、音視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇篌w分類

（一）有線傳輸。有線傳輸技術(shù)最主要的特點就是需要借助于電纜或者光纜等傳輸介質(zhì)完成信息傳輸。通常情況下，有線傳輸技術(shù)主要被分為信息終端、信號處理、信道終端和有限信道這四個部分，并且有線傳輸技術(shù)在不同的傳輸介質(zhì)中發(fā)揮的效果存在很大差異。

（二）無線傳輸。長期以來音視頻傳輸主要依靠有線傳輸方式。但是隨著社會發(fā)展，傳統(tǒng)的有線方式已經(jīng)不能滿足需求。為了具有更大的自由度，無線方式開始運用。具體來說，無線傳輸就是利用電磁波在空間的傳播來傳遞信息，將某個地方的語言或者圖象或者電碼傳遞到另一個地方去。如果我們設(shè)法用電極或者信號控制這載波電流，則電磁能中就含有所要發(fā)送的信息，這就是無線電信號的發(fā)送過程。在接收端，首先由接收天線將收到的電磁波還原為與發(fā)送端相似的高頻電流。然后經(jīng)過檢波，取出原來的信號電流。這就完成了無線傳輸。

二、音視頻傳輸系統(tǒng)的基本技術(shù)原理

（一）基本元素。1、常用視頻格式，可以分為適合本地播放的本地影像視頻和適合在網(wǎng)絡(luò)中播放的網(wǎng)絡(luò)流媒體影像視頻兩大類，包括MPEG、AVI、MOV、ASF、3GP、MKV、RMVB等。2、常用音頻格式，指要在計算機內(nèi)播放或是處理音頻文件，包括CD格式、WAVE（*.WAV）、AIFF、AU、MP3、MIDI、WMA、RealAudio、VQF、OggVorbis、AAC、APE等。3、編碼，指的是對一個信號或者一個數(shù)據(jù)流進行變換。這里指的變換既包括將信號或者數(shù)據(jù)流進行編碼（通常是為了傳輸、存儲或者加密）或者提取得到一個編碼流的操作，也包括為了觀察或者處理從這個編碼流中恢復(fù)適合觀察或操作的形式的操作。4、解碼，分為軟解和硬解。所謂“軟解”就是通過軟件讓CPU進行視頻解碼處理。而“硬解”是指不依賴于CPU，通過專用的設(shè)備（子卡）單獨完成視頻解碼，比如曾經(jīng)的VCD/DVD解壓卡、視頻壓縮卡都被冠以“硬解”的稱號。“硬解”基本不需要CPU參與運算，從而為系統(tǒng)節(jié)約了很多資源開銷。通過降低CPU占用率，可以給用戶帶來很多實惠。

（二）基本流程。一個完整的實時視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)是一個復(fù)雜龐大的綜合體，包含很多環(huán)節(jié)和部分，必須有視頻的采集、視頻的編碼/解碼以及視頻傳輸控制和協(xié)議處理等內(nèi)容，其功能是需要隨機延時特性和丟包特性。視頻流處理傳輸?shù)牧鞒蹋合纫獙σ曨l進行采樣，再進行視頻編碼或者直接輸人數(shù)字視頻進行編碼，等生成適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l碼流在進行視頻傳輸，最后對視頻流進行解碼、重構(gòu)視頻信號完成傳輸過程。

三、基于以太網(wǎng)的幾種音視頻傳輸技術(shù)

這是行業(yè)的一個技術(shù)焦點，以其不依賴于控制系統(tǒng)而獨立存在的特性，廣泛的應(yīng)用到很多項目中。不僅解訣了多線路問題，還解訣了遠距離傳輸、數(shù)據(jù)備份、自動冗余等一系列在模擬傳輸時代無法面對的問題。目前比較成熟的以太網(wǎng)音頻傳輸技術(shù)主要有CobraNet（它是美國PeakAudio公司開發(fā)的一種在以太網(wǎng)上傳輸專業(yè)非壓縮音頻信號的技術(shù)，工作在數(shù)據(jù)鏈路層的低層傳輸協(xié)議，但無法穿過路由器，只能在局域網(wǎng)中傳遞，音頻流不能大于8個數(shù)據(jù)包Bundle。）和EtherSound（它是由法國Digigram公司開發(fā)的一種基于以太網(wǎng)傳輸音頻信號的技術(shù)，工作在數(shù)據(jù)鏈路層的低層傳輸協(xié)議，只能在局域網(wǎng)中傳遞。）。但這兩種技術(shù)都各有千秋，在它們此基礎(chǔ)上，Audinate于2003年推出了Dante這種融合了很多新技術(shù)的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)，基于3層的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用Zeroconf協(xié)議，簡化了網(wǎng)絡(luò)的運行模式，可以在以太網(wǎng)（100M或者1000M）上傳送高精度時鐘信號以及專業(yè)音頻信號并可以進行復(fù)雜的路由。至于下一代網(wǎng)絡(luò)音視頻實時傳輸技術(shù)，新IEEE標準——音視頻橋，簡稱AVB，以即插即用和自主開發(fā)的姿態(tài)面世。

四、音視頻數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

新媒體應(yīng)用要求互聯(lián)網(wǎng)提供有服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證的傳輸，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況下，能為人們帶來更高級的視聽享受。互聯(lián)網(wǎng)是一個基于包交換的通信網(wǎng)，初期的設(shè)計目標是要解決網(wǎng)絡(luò)的連通性和高可靠性，并沒有對實時性進行較多的考慮。為了在包交換網(wǎng)絡(luò)上提供有服務(wù)質(zhì)量保證的傳輸，必須解決預(yù)留資源、分類信息、時間同步等問題?；贗P的實時協(xié)議就是針對不同的側(cè)重點，對原有的協(xié)議族進行改造，來滿足實時通信的要求。這些協(xié)議主要分布在兩層：網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。如何在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上公平地提供流媒體服務(wù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議需要考慮的核心問題。另外，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸中的延遲、抖動、網(wǎng)絡(luò)擁塞等，使得流媒體發(fā)送端的發(fā)送速度與接收端的接收速度不匹配等，對實時傳輸?shù)拿襟w服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，致使接收端的媒體演播中存在媒體內(nèi)抖動（不連續(xù)性）和媒體間非良好匹配。研究多媒體實時傳輸和同步是保證多媒體服務(wù)質(zhì)量的重要的步驟，是多媒體研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。解決音視頻同步問題一般有兩種方法：一是對相關(guān)媒體進行同質(zhì)處理，二是對各相關(guān)媒體分開進行處理。總體上說，多媒體同步方案的設(shè)計應(yīng)滿足多種通信模式，應(yīng)選擇靈活的同步方法，同時其算法應(yīng)簡單，額外開銷小。因此，需要找到一種方法，能直接體現(xiàn)音頻和視頻之間的同步關(guān)系，而且當(dāng)兩者的播放速度不一致時，可以迅速找到新的同步播放點文中提出了一種基于實時傳送協(xié)議的音視頻同步的編碼方法。音視頻QoS保障機制，QoS指標由QoS機制來完成，主要包括流量控制、糾錯控制、QoS縮放等目。流量控制分為開環(huán)和閉環(huán)兩種類型。開環(huán)控制是指信源嚴格按規(guī)定的速率向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。而在閉環(huán)控制中，流量控制是由發(fā)送端根據(jù)接收端或網(wǎng)絡(luò)反饋回來的信息動態(tài)調(diào)整來實現(xiàn)的。文中所討論的音視頻傳輸系統(tǒng)采用的是閉環(huán)控制。糾錯控制有兩種方法：一種為重發(fā)，一種為前向糾錯（FEC）。重發(fā)必須容忍信息重發(fā)延遲，因而不適合實時音視頻傳輸。使用前向糾錯（FEC），冗余信息與主數(shù)據(jù)信息一起傳輸，雖然增加了傳輸信息量，但它提供了更高水平的通道糾錯能力與包丟失控制，在傳輸過程中丟失的數(shù)據(jù)包不用等待額外重發(fā)，可以從冗余信息中恢復(fù)，適合實時應(yīng)用。

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