（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）視頻會議中視頻實時傳輸系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

扭魎會叢生視題塞吐佳獫丕統(tǒng)的班巒當塞現(xiàn) 視頻會議中視頻實時傳輸系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) 摘要 隨著網絡和流媒體技術的發(fā)展及相關協(xié)議標準的成熟，基于i p 的軟件視頻 會議系統(tǒng)以低廉的成本和快捷優(yōu)質的服務成為目前研究和開發(fā)的熱點之一，成為 視頻會議系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。然而，i p 網絡只能提供盡力而為的服務，不適 合視頻數據的實時傳輸。視頻數據常常會因為網絡擁塞出現(xiàn)馬賽克甚至暫停，網 絡狀態(tài)的波動也會影響視頻的回放效果，視頻服務質量很難保證。如何實現(xiàn)視頻 數據在i p 網上的實時傳輸是基于i p 的視頻會議系統(tǒng)要解決的關鍵問題之一。本 文的研究目標就是在現(xiàn)有的網絡設施和計算機設備的基礎上建立一個純軟件 系統(tǒng)來解決這一問題。 本文內容包括三個方面： 1 方案選?。焊鶕曨l數據在i p 網絡上傳輸的特點，選取r t p r t c p 作為 傳輸協(xié)議；提出了混合式組播并把它作為多點對多點的傳輸方式；選取m p e g 4 作為壓縮標準：數據的采集和回放用d i r e c t s h o w 技術實現(xiàn)。 2 具體實現(xiàn)：重點給出了v i d e oc a p t u r ef i l t e r , v i d e os e n df i l t e r , v i d e o r e c e i v ef i l t e r 等的設計與實現(xiàn)。v i d e os e n df i l t e r 負責對視頻數據進行r t p 封裝 并發(fā)送到網絡；v i d e or e c e i v ef i l t e r 負責一邊從網絡接收數據，一邊將得到的r t p 包進行重組，并使用異步接收方式、雙重緩沖和多線程技術來提高系統(tǒng)的性能。 3 采用了應用級別的端系統(tǒng)q o s 控制策略來提高視頻的實時傳輸質量：提 出并實現(xiàn)了接收端的擁塞控制、發(fā)送端的擁塞控制和差錯控制的重傳策略。 本人的工作在于： 1 對基于i p 網絡的視頻傳輸策略進行了研究分析，設計并實現(xiàn)了視頻傳輸 過程中所用到的各個f i l t e r 。 2 提出并實現(xiàn)了基于分層排列圖的混合式組播，提高了系統(tǒng)的可擴展性。 3 設計并實現(xiàn)了端系統(tǒng)q o s 控制策略以保證視頻傳輸的服務質量，它包括 接收端的擁塞控制、發(fā)送端的擁塞控制和差錯控制的重傳策略等。 關鍵詞：視頻會議系統(tǒng)；混合式組播：擁塞控制；差錯控制 越題金送生視麴塞啦佳箍丕統(tǒng)兇研究生塞強 r e s e a r c ha n di m p i e m e n t a t i o no fv i d e or e a i t i m e t r a n s m is s i o l 3s y s t e mi nc o n f e r e n c i n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y , s t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g ya n d m a t u r i t yo fi n t e r r e l a t e dp r o t o c o ls t a n d a r d s ，s o f t w a r ec o n f e r e n c i n gs y s t e mb a s e do ni p n e t w o r kb e c o m e saf o c u so fr e s e a r c hi nc o n f e r e n c i n gs y s t e mf i e l d ，d u et oi t s i n e x p e n s i v ec o s ta n dh i 曲q u a l i t ys e r v i c e h o w e v e r , t h ei pn e t w o r kc a no n l yp r o v i d e s “b e s to f f s e r v i c e s s oi ti sn o ta p p r o p r i a t ef o rv i d e or e a l t i m et r a n s m i s s i o n i to f t e n a p p e a r sm o s a i ce v e np a u s ew h e n n e t w o r kc o n g e s t i o na p p e a r s ，v o l a t i l en e t w o r ks t a t e s c a na l s or e d u c et h ev i d e or e n d e r e re f f e c t ，s ot h ei pn e t w o r kc a l lh a r d l ye n s u r eq u a l i t y o fs e r v i c e sf o rv i d e or e a l - t i m et r a n s m i s s i o n t h e r e f o r e ，h o wt o i m p l e m e n tv i d e o r e a l - t i m et r a n s m i s s i o ns y s t e mb e c o m e so n eo fi m p o r t a n ti s s u e so fc o n f e r e n c i n g s y s t e mb a s e do ni pn e t w o r k t 1 1 i sp a p e ra i m st ob u i l ds u c has o f t w a r es y s t e mo n e x i s t i n gn e t w o r ka n dc o m p u t e re q u i p m e n tt of i n das o l u t i o nt oi t t h ec o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 s c h e m ec h o i c e s ：a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fv i d e ot r a n s m i s s i o no ni p n e t w o r k ，r t p r t c pi sc h o s e nt ob et h et r a n s m i s s i o np r o t o c o l ；h a g - b a s e dm i x e d m u l t i c a s ti si n t r o d u c e da n di su s e dt ot r a n s m i tv i d e od a t aa m o n gu s e r s ；m p e g 一4i s c h o s e nt ob et h ec o d e d e c o d es t a n d a r d ；d i r e c t s h o wt e c h n o l o g yi su s e dt oc a p t u r ea n d r e n d e rt h ev i d e od a t a 2 d e t a i l e di m p l e m e n t a t i o n s ：1 1 1 ep r i m a r yt a s ki st od e s i g na n df i n i s hv i d e o c a p t u r ef i l t e r , v i d e o s e n df i l t e ra n dv i d e or e c e i v ef i l t e r v i d e os e n df i l t e rc a n e n c a p s u l a t ev i d e od a t ai n t or t pp a c k e t s 翹dt h e n 仃a n s m i tt h e mt oi pn e t w o r k ；v i d e o r e c e i v ef i l t e rc a nr e g r o u pt h er e c e i v e dr t pp a c k e t sw h e ni tr e c e i v i n gd a t a t o i m p r o v ei t sp e r f o r m a n c e s ，t h er e c e i v ef i l t e ra d o p t sa s y n c h r o n o u sr e c e i v i n gm o d e ， d o u b l e c a c h ea n dm u l t i - - t h r e a dt e c h n o l o g y 3 c o n t r o l s t r a t e g i e s o fa p p l i c a t i o n l a y e rf o r v i d e or e a l t i m et r a n s m i s s i o n s e r v i c e s ：n l ep a p e ri n t r o d u c e sc o n g e s t i o nc o n t r o ls t r a t e g yo nb o t hr e c e i v i n gs i d e sa n d s e n d i n gs i d e sa n dd a t ap a c k e t sr e p e a t i n gs t r a t e g yo f e r r o rc o n t r 0 1 f o l l o w i n gj o b si sd o n ei nt h i sp a p e r ： 1 a f t e rs t u d y i n go ft r a n s m i s s i o ns t r a t e g i e s ，t h ef i l t e r si nt h ep r o c e s so fv i d e o t r a n s m i s s i o no ni pn e t w o r ka r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e d 2 h a g _ b a s e dm i x e dm u l t i c a s tm a n n e ri si n t r o d u c e da n da p p l i e d ，w h i c h i m p r o v e dt h ee x p a n s i b i l i t yo f t h es y s t e m 3t oe n s u r ev i d e oq o s c o n t r o ls t r a t e g i e so ne n ds y s t e ma r ed e s i g n e di nt h i s i i 扭題金絲主狃魎塞吐佳箍丕統(tǒng)的班塞當塞現(xiàn) p a p e r i ti n c l u d e s ：c o n g e s t i o nc o n t r o lo nr e c e i v i n gs i d e s ，c o n g e s t i o nc o n t r o lo n s e n d i n gs i d e sa n dd a t ap a c k e t sr e p e a t i n gs t r a t e g yo fe r r o rc o n t r 0 1 b yv i r t u eo ft h e s e s t r a t e g i e s ，q o so f t h es y s t e mi si m p r o v e dt oac e r t i a ne x t e n t k e y w o r d s ：c o n f e r e n c i n gs y s t e m ；m i x e dm u l t i c a s t ；c o n g e s t i o nc o n t r o l ；e r r o rc o n t r o l 獨創(chuàng)聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。 據我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫 過的研究成果也不包含未獲得 ( 蕉! 翅遺直基地益塞掛型直盟 盟- 奎攔旦鹽或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研 究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學位論文儲答名：霖柱群 一一i 一一 i 簽字日期： 年月日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，有權保留并向國家有 關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權學?？梢詫W 位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手 段保存、匯編學位論文。( 保密的學位論文在解密后適用本授權書) 學位論文作者簽名：宰飪并 導師簽字 簽字日期：年 月目 學位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位： 通訊地址： 尊荔 簽字日期：伽磊歲月扣日 電話 郵編 趣題盒這蟲越題塞盟佳撿圣縫的皿豇皇塞強 t 刖吾 視頻會議系統(tǒng)( v i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m ) 是通過網絡通信技術來實現(xiàn)的虛 擬會議，使在地理上分散的用戶可以共聚一處，通過圖像和聲音等多種方式交流 信息，支持人們遠距離進行實時信息交流與共享，開展協(xié)同工作的應用系統(tǒng)1 4 3 】。 視頻會議極大地方便了協(xié)作成員之間真實和直觀的交流，對于遠程教學等應用也 有著舉足輕重的作用。目前，整個視頻會議市場規(guī)模隨著用戶群的不斷增加而日 益擴大。i d c ( i n t e m e t d a t a c e n t e r ，互聯(lián)網數據公司1 預測，視頻會議市場銷售額 在2 0 0 7 年將達到2 7 4 億美元。 隨著網絡通信和流媒體技術的發(fā)展及相關國標協(xié)議標準的成熟，視頻會議系 統(tǒng)已從高價位專用市場向低價位普通用戶市場轉移，從硬件視頻會議轉向軟件視 頻會議，從基于n i s d n 或p s t n 的視頻會議系統(tǒng)向基于分組交換網的i p 視頻 會議系統(tǒng)過渡。相對于傳統(tǒng)的會議模式來說，基于i p 的軟件視頻會議系統(tǒng)以低 廉的成本快捷優(yōu)質的服務成為目前研究和開發(fā)的熱點之一，這也是視頻會議系統(tǒng) 的主要發(fā)展趨勢。 視頻實時傳輸是l p 視頻會議系統(tǒng)要實現(xiàn)的關鍵功能之一。視頻信號數 據量大，需要占用較多的帶寬。為保證視頻會議的正常進行，需要研究并 選擇合適的采集、壓縮編解碼和網絡傳輸方案，還要為之提供一定的q o s 。 本文的研究目標是在現(xiàn)有的網絡設施和計算機設備的基礎上建立一個純軟件 系統(tǒng)來完成視頻數據在i p 網上的實時傳輸。在實施方案的選擇上，用d i r e c t s h o w 技術實現(xiàn)發(fā)送端的視頻數據采集；用m p e g 4 對其壓縮后以混合式組播的方式傳 輸到接收端：傳輸協(xié)議選擇r t p r t c p ；接收端對數據解碼之后再用d i r e c t s h o w 技術回放：在q o s 方面，在端系統(tǒng)上從擁塞控制和差錯控制兩方面提供保證。 本軟件系統(tǒng)的基本組件是d i r e c t s h o w 的f i l t e r ，所以系統(tǒng)的可重用性 和擴展性強。在本軟件系統(tǒng)上建立的i p 視頻會議系統(tǒng)在普通的p c 機上安 裝之后，用戶就可以通過標準的視音頻采集設備實現(xiàn)視音頻信號的采集和 傳輸，進行基于i p 網絡的虛擬視頻會議，并取得了良好的效果。 視題會邀生扭題塞吐佳箍丕統(tǒng)的班究皇塞現(xiàn) l 緒論 1 1 視頻數據在i p 網絡上的實時傳輸 視頻會議的發(fā)展趨勢是從基于n i s d n 或p s t n 的視頻會議系統(tǒng)轉向基于分 組交換網的i p 視頻會議系統(tǒng)。視頻實時傳輸是視頻會議系統(tǒng)關鍵部分之一，本 部分簡要介紹視頻數據在i p 網絡上傳輸時的問題、特點、傳輸方式及q o s 。 1 1 1 視頻傳輸中容易出現(xiàn)的問題 視頻數據在i p 網上傳輸時會出現(xiàn)以下四個方面的問題： 1 延時：數據包從發(fā)送端到接收端所需要的傳輸時間。延時越大，對視頻效 果損害越嚴重： 2 延時抖動：即不同數據包延時之間的差別。延時的抖動會造成視頻畫面不 連續(xù)，從而導致視頻效果下降； 3 錯序：數據包先發(fā)后到或者后發(fā)先到： 4 丟包：數據包在網上傳輸的過程中，因網絡擁塞而造成數據包的丟失。 1 1 2 視頻實時傳輸的特點 i 占較大的網絡帶寬 以6 4 0 + 4 8 0 像素的視頻幀為例，如果以1 2 比特的二進制數( 亮度8 比特，色 度4 比特) 來表示，按照3 0 幀秒的傳輸速率，則在一秒內傳輸的數據量是： ( ( ( 6 4 0 + 4 8 0 + 3 0 + 1 2 ) 8 b i t s b y t e ) 1 0 2 4 b y t e s k b ) 1 0 2 4 k b m b = 1 3 1 8 m b 。也就是說， 未經壓縮的一路視頻每秒的數據量超過1 3 m b 。為減輕對通信網絡帶寬的壓力， 必須對視頻數據進行壓縮。 2 具有突發(fā)性 采集到的視頻數據經過壓縮通過網絡傳輸到接收端。由于數據本身和壓縮算 法的影響，輸出的比特流速率不恒定，即所謂變比特率傳輸，具有突發(fā)性的特點。 3 允許一定的傳輸誤碼，但對延時和延時抖動要求較高。 傳統(tǒng)的文件傳輸不允許數據丟失，但可以有一定的延時和延時抖動。視頻傳 輸則相反，能夠容忍一定的數據丟失，但必須有較嚴格的延時和延時抖動才能保 證實時性。在視頻會議系統(tǒng)中，視頻數據的延時應控制在1 5 0 m s 以內。 4 應保持視頻與音頻的同步 視頻數據和音頻數據往往分開傳輸，接收端回放的時候，應采用一些措施保 證視音頻數據流的同步【3 6 】。 狃題會邀蟲蛆題塞盟佳揄丕絲盥盟囂復塞現(xiàn) 1 1 3 流式傳輸1 5 , 9 1 流式傳輸的基本原理是把視頻數據分割成小塊進行連續(xù)傳輸，接收端可以對 接收到的部分進行解碼，傳輸和回放可以同時進行。流式傳輸減少了等待時間， 由于在任何一個時間點上只需要保存很少的一部分的視頻數據，所以降低了對存 儲空間的要求。 流式傳輸技術可分兩種：順序流式傳輸和實時流式傳輸。順序流式傳輸是順 序下載，在下載文件的同時用戶可以觀看。但是，用戶的觀看與服務器上的傳輸 并不是同步進行的，用戶必須在一段延時后才能看到服務器上傳來的信息。視頻 會議系統(tǒng)中的視頻傳輸屬于實時流式傳輸方式，在網絡的不同用戶之間傳送的連 續(xù)視頻數據需要實時處理生成低延遲低抖動的連續(xù)位流。 1 1 4 傳輸質量保證 視頻傳輸質量保證可分為空間域和時間域兩個方面?？臻g域質量保證是指要 求接收端能接收到一定的數據流量，特別要保證接收到一些重要解碼信息，它受 到網絡傳輸帶寬的影響：時間域質量保證要求接收端解碼器能夠及時接收到重要 的解碼信息，從而保證一定的視頻恢復質量，它需要考慮不同延時對視頻質量的 影響。視頻會議屬于實時應用，要求有較小的延時，可以通過回放緩沖區(qū)來平滑 延時抖動。 從應用系統(tǒng)的角度來看，視頻傳輸質量保證可以分為基于應用系統(tǒng)( 發(fā)送端 或接收端) 的質量保證和基于傳輸信道的質量保證。前者主要在發(fā)送端和接收端 進行，發(fā)送端通過在對視頻源的編碼過程中使用一定的抗誤碼技術來保證接收端 的數據糾錯與恢復能力，同時通過控制發(fā)送速率來保證在信道傳輸過程中的最小 數據丟失。接收端通過使用一定后處理技術( 錯誤隱藏) 來保證視頻質量恢復；基 于傳輸信道的質量保證主要是通過改進網絡的傳輸技術來保證視頻流的傳輸質 量。 1 2 本文的研究目標和主要工作 在基于i p 的軟件視頻會議系統(tǒng)項目的研究開發(fā)中，本人主要負責視頻傳輸 相關技術的研究及相關功能模塊的開發(fā)設計。本文的目標就是根據國際標準對采 集的視頻數據進行壓縮編解碼，并保證視頻數據傳輸的實時性，實現(xiàn)全軟件的i p 視頻會議系統(tǒng)的良好的實時性和交互性。本文采用m p e g 一4 視頻壓縮編碼、 d i r e c t s h o w 技術和w i n s o c k 編程技術完成視頻數據在i p 網上的采集和實時傳輸。 越題金邀蟲越題塞盟佳箍丕筮的硒豇皇塞班 系統(tǒng)具有投資少并且使用方便，在此基礎上可根據需要構建成各種專用系統(tǒng)。完 成的主要工作如下： 1 對基于i p 網絡的視頻傳輸策略進行了研究分析。 2 提出并實現(xiàn)了基于分層排列圖的混合式組播，提高了系統(tǒng)的可擴展性。 3 設計并實現(xiàn)了視頻傳輸過程中用的各個f i l t e r 。 4 提出并實現(xiàn)了應用層的端系統(tǒng)q o s 控制機制，包括接收端的擁塞控制、發(fā) 送端的擁塞控制和差錯控制重傳策略。 1 3 本文的內容安排 本文的內容安排如下： 第一章為概述部分，主要介紹了視頻數據在i p 網上實時傳輸的特點和本文 的主要目標和內容； 第二章介紹了r t 哪c p 協(xié)議，根據i p 視頻會議的特點選取了u d p 之上的 r t p r t c p 作為系統(tǒng)采用的傳輸協(xié)議； 第三章介紹了視頻壓縮編解碼標準，選取m p e g 4 為系統(tǒng)中采用的編解碼標 準，給出了m p e g 4 視頻流的r t p 組包方式； 第四章介紹了i p 組播與應用層組播技術提出了本系統(tǒng)采用的基于分層排 列圖的混合式組播： 第五章是系統(tǒng)的實現(xiàn)部分，采用d i r e c t s h o w 技術完成視頻數據的采集和回 放，設計并實現(xiàn)了各個f i l t e r ；在網絡上的傳輸方式采用混合式組播； 第六章在端系統(tǒng)上從擁塞控制和差錯控制兩方面為視頻傳輸提供了一定的 q o s 保證，給出了實驗測試結果。 第七章對本文進行了總結，指出了將來需要深入研究的內容。 4 視題會這生翹魎塞盟佳撿丕統(tǒng)曲蛆宜生塞現(xiàn) 2r t p r t c p 協(xié)議 t c p 通過一系列的機制( 重傳和滑動窗1 5 等) 有效的保證了數據的可靠傳輸。 但是，如果用t c p 傳輸海量的實時視頻數據則會帶來不可預測的延遲，難以解 決網絡帶寬限制問題。目前的i p 組播技術也不可以使用t c p 方式實現(xiàn)。 r t p r t c p 就是為解決多媒體數據的實時傳輸問題而產生的【5 2 1 。 包含s i p 協(xié)議和h 3 2 3 協(xié)議在內，目前的視頻會議系統(tǒng)傳輸視頻音頻信息的 方式都是采用r t p r t c p 5 3 , 5 5 1 方式。 2 1r t p r t c p 協(xié)議簡介 2 1 1 協(xié)議簡介 r t p r t c p 協(xié)議由兩個緊密相關的部分組成：r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r t p r o t o c o l ，實時傳輸協(xié)議) 和r t c p ( r e a l - t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l ，實時傳輸 控制協(xié)議) 。r t p 是一種提供端對端傳輸服務的協(xié)議，用來支持在單播和多播網 絡服務中傳輸實時數據。實時數據的傳輸由r t c p 來監(jiān)視和控制，r t c p 負責接 收端和發(fā)送端交換控制信息以實現(xiàn)q o s 監(jiān)測、會話中成員信息的交換等功能【3 0 】。 r t p r t c p 協(xié)議一般建立在u d p 協(xié)議之上。由應用程序生成的聲音和視頻 數據塊被封裝在r t p 信息包中，每個r t p 信息包被封裝在u d p 消息段中，然后 再封裝在i p 數據包中。如圖2 1 所示： li p 頭iu d p 頭ir t p 頭lr t p 有效負載i 圖2 - 1u d p i p 封裝后的r t p 數據格式示意圖 r t p 會話過程要用到兩個端口：一個給r t p ，只負責傳遞有效數據；另一個 給r t c p ，負責控制流的傳遞，用來幫助監(jiān)視網絡流量和阻塞情況，為有效數據 傳遞提供可靠保障。r t p 和r t c p 兩者配合，能以有效的反饋和最小的開銷使傳 輸效率達到最佳。所以，r t p r t c p 特別適合于在i p 網絡上傳輸實時數據。在 視頻會議中，要求兩組r t p 和r t c p ，視頻數據和音頻數據分開傳輸，使用不同 的一組u d p 端口和組播地址，這樣可以允許與會成員按自身需求有選擇地接受 數據。例如，與會成員帶寬不足時，可以選擇只接收音頻流而不接收視頻流。包 頭中時間信息可以用來保證視頻和音頻同步。r t p 提供端對端網絡傳輸功能，適 合通過組播傳送視頻音頻等實時數據，r t p 沒有涉及資源預訂和質量保證等實時 服務，r t c p 擴充數據傳輸以允許監(jiān)控數據傳送，提供最小的控制和識別功能。 1 。1 。1 。1 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 視題會這主視頻塞吐佳輸丕統(tǒng)曲班巍皇塞現(xiàn) r t p 協(xié)議完成的主要功能如下： 1 源數據到r t p 包的轉換：在收到的數字信息流的前面加上一個r t p 數據 包頭，形成r t p 包后送交下層。 2 包的傳送：r t p 包放入變長的數據報中，給每個數據報附帶地址和控制 信息，網絡的中間結點檢查每個i p 數據包所帶的地址信息，為其選擇到目的結 點的下一跳路徑。 3 r t p 包到數據的轉換：數據包到達接收端之后，由u d p 直接提交r t p 解 包。r t p 對r t p 包的版本和長度等信息進行驗證，解封裝合法包，提交給上層 進行解碼等其它的相關處理。 2 1 2 協(xié)議術語 r t p 包：它是一個數據包，由一個固定的r t p 頭、一個貢獻源( 該貢獻源可 能為空) 以及有效負載的數據共同組成。 r t p 有效負載：它是r t p 傳輸時數據包中要傳輸的實際數據，例如壓縮后 的音頻或者視頻數據。 r t p 會話：它是在使用r t p 的通信者之間建立的一組關聯(lián)。對每一個通信 者來說，會話是由一對特殊的目的傳輸地址( 一個網絡地址加上一個r t p 和r t c p 的端口對) 所定義的。 r t c p 包：它是一個控制包，由一個固定的頭以及變長結構化元素組成。 非r t p 方式：它是為提供某種服務而采用的除r t p 以外的協(xié)議和機制。對 視頻會議來說，一個會議控制應用程序可能會發(fā)布組播地址和密鑰，協(xié)商加密算 法，并且定義在r t p 有效負載值和有效負載格式之間的動態(tài)映射。 端口：傳輸協(xié)議用端口在給定的主機中區(qū)分多個目的地址。在t c p i p 協(xié)議 中使用小的正整數來識別端口。r t p 往往靠端口來對一個會話當中的r t p 和 r t c p 包進行復用。 傳輸地址：它是一個網絡地址和端口的組合，用來識別一個傳輸層的端點， 例如：一個i p 地址和一個u d p 端口。包是從源傳輸地址傳到目的傳輸地址的。 同步源( s s r c ) ：它是r t p 包的源，由3 2 位的s s r c 數字標識符來識別，由 r t p 的頭文件所攜帶。從一個同步源出來的所有包構成相同的時間和空間序列。 在接收端可以用同步源為包分組，從而進行回放。s s r c 標識符是一個隨機選擇 的值，在一個特定的r t p 會話中它是唯一的。 混合器：它是一個中間系統(tǒng)，從一個或多個源接收r t p 包，將這些包以某 種方式組合成一個新r t p 包。從一個混合器出來的所有數據包都要用混合器作 為它們的同步源來識別?；旌掀髟诒Ａ粼懈袷降幕A上將不同源負載組合成一 個流。 丑題會邀蟲扭題塞盟焦殮丕統(tǒng)的研究生塞強 貢獻源( c s r c ) ：它是對r t p 混合器產生的組合流有貢獻的r t p 包的源。 終端系統(tǒng)：它是一個應用程序，產生能在r t p 包中傳送的內容，或者是可 以“消耗”接收到的r t p 包的內容。終端系統(tǒng)的作用相當于一個特定的r t p 會 話中的一個或多個同步源，通常的情況是一個同步源。 轉換器( 翻譯器) ：它是一個中間系統(tǒng)，用完整的同步源標識符來轉發(fā)r t p 包。 轉換器可以將負載從一種語法轉換( 編碼) 為另一種語法，比如說將一個高帶寬需 求的壓縮格式轉換成一個低帶寬格式，這樣可以保證轉換器兩邊的終端可以正常 通信。 監(jiān)視器：它是一個應用程序，在一個r t p 會話中接收由發(fā)送端發(fā)送的r t c p 包，尤其是接收報文、估算服務質量、進行錯誤診斷以及長期的靜態(tài)統(tǒng)計。監(jiān)視 器函數可能被創(chuàng)建到參加會話的應用程序中，也可以作為獨立的應用程序，既不 參與也不發(fā)送或接收r t p 數據包。 2 2r t p r t c p 數據包格式 2 2 1r t p 數據協(xié)議包頭 r t p 數據協(xié)議包頭如圖2 2 所示： 2 位i 也l 位l 位l 證 7 位t 6 氈t 3 2 位3 2 位受長受長 圖2 - 2r t p 協(xié)議包頭格式圖 1 版本( v ) ：2 位，標識r t p 版本。 2 填充位( p ) ：1 位，指定在有效載荷后是否補零填充。如果設囂了填充位， 那么在包的結尾包含一個或者多個附加填充字節(jié)，這些字節(jié)不是r t p 包的一部 分，填充字節(jié)的最后一個八位字節(jié)的值指示要求被忽略的字節(jié)數。 3 擴展位( x ) ：1 位，如果設置了擴展位，固定的頭( 前1 2 字節(jié)) 后面要跟一 個擴展的頭。 4 c s r c 數f c c ) ：4 位，c s r c 數包含出現(xiàn)在固定的頭后面的c s r c 數目。 5 標記位( m ) ：l 位，標記位由一個序( p r o f i l e ) 來解釋。對于不同的r t p 負 載類型將有不同的解釋。 6 負載類型( p t ) ：7 位，定義標志r t p 負載類型，標志r t p 載荷格式并決 定其解釋，設置指定載荷類型代碼對載荷格式的靜態(tài)映射，決定應用程序解析包 的方法。 7 序列號：1 6 位，其值由r t p 數據包自動增加，用于接受方診斷包丟失和 恢復包序列，序列的初始值隨機生成。每發(fā)送一個r t p 信息包序列號就加l ，接 趣熬會邀空扭題塞盟焦殮丞筮盥班窒蘭塞班 收端可以用它來檢查信息包是否有丟失以及按序列號來處理信息包。 8 時間戳( t i m e s t a m p ) ：3 2 位，隨機生成，可用于視音頻流的同步。它反映 r t p 數據信息包中數據塊( 音頻、視頻等) 第一個字節(jié)的采樣時刻。該采樣時間必 須取自隨時間單向線性增長的時鐘，以便支持同步和抖動計算。其時鐘頻率取決 于r t p 幀的荷載類型，時鐘的精度必須滿足同步精度和測量分組的到達時延抖 動的需要。接收端利用時間戳可以實現(xiàn)數據流的同步回放，包括同一數據流的流 內同步和不同數據流的流間同步，完成對數據包的重組，并按照正常的速率回放 數據。對于一些大的數據塊，一個數據塊被分成多個r t p 包，它們的時間戳相 同。僅靠時間戳不足以恢復數據包的順序，r t p 利用提供的序列號( s e q u e n c e n u m b e r ) 來恢復數據包的順序，實現(xiàn)包丟失檢測，為網絡的實時傳輸提供網絡擁 塞等信息。 9 同步源標識( s s r c ) ：3 2 位。此字段隨機選擇，用來標識r t p 包流的起源， 其目標是保證同一個r t p 會話在任兩個同步源的s s r c 標志不相同。s s r c 提供 了對實時傳輸交換性的支持，可以幫助接收端利用發(fā)送端生成的唯一的數值來區(qū) 分多個同時的數據流，得到數據的發(fā)送源。如：在i p 網絡視頻會議中，通過源 鑒定可以得知哪一個用戶在發(fā)言，并且可以得到發(fā)言人的信息。 1 0 貢獻源標志( c s r c ) ：0 到1 5 項，每項3 2 位，表示此分組的負載字段中 包含的貢獻源。貢獻源的個數由c c 字段指定。如果有多于1 5 個貢獻源，則只 能表示1 5 個貢獻源。它由混合器插入，其值等于貢獻源的s s r c 標志。 2 2 2r t c p 包格式 r t c p 數據包分為5 種： 1 s r ：發(fā)送端報文，由當前活動的發(fā)送端產生，它包含發(fā)送端信息、媒體 間的同步信息、數據包累計和發(fā)送的字節(jié)數等。 2 r r ：接收端報文，由非活動的發(fā)送端產生，主要是數據傳輸的接收質量 反饋。它包括接收的最大數據包數、丟失的數據包數、發(fā)送端和接收端的往返延 遲等。 3 s d e s ：源描述，包含源描述的信息，它包括c n a m e 等。 4 b y e ：表示結束參與。組播組的成員是動態(tài)的，成員可以隨時加入和離開 組。因此，在任何時候都需要了解組成員的情況以及他們接受數據的情況。為了 實現(xiàn)這個目的，每個接受者定期廣播一個接收報文并加上自己的名稱表示自己的 存在；當成員離開時，發(fā)送一個b y e 類型的r t c p 包。 5 a p p ：具有特定功能的應用函數。 現(xiàn)在對它們分別詳細介紹： 1 s r 和r r 扭題會這蟲迥題塞吐佳撿丕統(tǒng)曲班窺皇塞現(xiàn) r t p 報文的接收端可以利用s r 和r r 提供的有關數據接收質量的統(tǒng)計信息， 具體選用s r 還是r r 要看該接收端是否同時也是r t p 報文的發(fā)送端。s r 報文 與r r 報文的區(qū)別在于前者包含2 0 字節(jié)的發(fā)送端信息。s r 和r r 都可包括零至 多個接收報文塊，最大可有3 1 個接收報文塊嵌入在s r 或r r 包中。 發(fā)送端報文的結構定義如圖2 3 所示： 2 位l 位 5 位8 位 1 6 位3 2 位“位3 2 位3 2 位 悸本號i 填充位降收報告數i 負載類型 長度1 發(fā)送者s s r cn t p 時間戳r t p 時間到發(fā)送報文數 發(fā)送字節(jié)數降標志一n 產包率累計丟失數產收到的晟高序列號產。達間隔抖動 l s rd s r 3 2 位3 2 位 8 位2 4 位 3 2 也 3 2 位3 2 位3 2 位 圖2 - 3 發(fā)送端報文的結構圖 版本( v ) ：2b i t ，用于協(xié)議鑒別。 填充( p ) ：1b i t ，如果設置填充位，則此r t c p 包結尾處包含些附加的填充 字節(jié)，這不屬于控制信息的內容。填充位在某些固定塊大小的加密算法中使用。 在組合包中，填充位只出現(xiàn)在最后一個r t c p 包中，因為組合包是作為一個整體 來壓縮的。 接收報文數( r c ) ：5b i t ，在s r 中包含的r r 數目。 負載類型( p t ) ：8b i t ，報文類型，以二進制表示。用十進制的2 0 0 代表s r 。 長度( 1 e n g t h ) ：1 6b i t ，報文長度，包括包頭和任何填充位的長度。 發(fā)送端同步源標志( s s r co f s e n d e r ) ：3 2b i t ，源同步碼，用以標識本次會話。 以上是固定頭部分。下面是發(fā)送端信息，為2 0 字節(jié)長度。 n t p 時間戳t pt i m e s t a m p ) ：6 4b i t ，絕對時間戳。在測量環(huán)路時延時可在 對方的r r 報文中帶回；如果發(fā)送端不具有絕對時鐘的能力，則可以用會話開始 時間作為時鐘0 點或將此域置o 。 r t p 時間戳( r t pt i m e s t a m p ) ：3 2b i t 以r t p 時間戳為基準。 發(fā)送的報文數( s e n d e r sp a c k e tc o u n t ) ：3 2b i t ，從會話開始后發(fā)送端總共發(fā)送 的r t p 報文數目。 發(fā)送的字節(jié)數( s e n d e r so c t e tc o u n t ) ：3 2b i t ，從通話開始后發(fā)送端總共發(fā)送的 有效負載的數目。隨后描述的是一個或多個r r 報文塊。 源標志n ( s s r cn 1 ：3 2b i t ，源同步碼，用以標識此r r 塊所從屬的會話， 這里一般n 等于l 。 丟包率( f r a c t i o nl o s t ) ：8b i t ，從上一個s r 或r r 報文發(fā)送后的丟包率，其值 為接收端在這段時間內期待的r t p 報文與所收到的r t p 包數目的差值再除以它 所期待的r t p 報文的數目。 累計的包丟失數( c u m u l a t i v en u m b e ro f p a c k e t sl o s t ) ：2 4b i t ，存在的累計的包 丟失數。 接收到的擴展的最高序列號( e x t e n d e dh i g h e s ts e q u e n c en u m b e rr e c e i v e d ) ：3 2 趣題盒i ：；i 生扭魎塞吐佳箍丕纏啦班究皇塞現(xiàn) b i t ，低1 6 位是收到的r t p 包中的s e q u e n c en u m b e r 的最新值，高1 6 位標識收到 的r t p 報文的s e q u e n c en u m b e r 的循環(huán)次數。 到達間隔抖動( i n t e r a r r i v a l j i t t e r y ) ：3 2 b i t ，時延抖動。 上一s r 報文時間戳( l s r ) - 3 2b i t ，收到的最近一個s r 報文的n t p 時間戳 的中間3 2 位。 白上一s r 的時間( d l s r ) ：3 2 b i t ，收到上一s r 報文與此次已送報文之間的 時間，以1 1 6 5 5 3 6 s 記。如果還沒有收到任何s r 報文，此值置0 。 2 s d e s ：源描述符r t c p 包。 s d e s 的基本格式如圖2 4 所示： 2 位l 位 5 位8 位1 6 位 3 2 5 3 2 位 3 2 5 3 2 5 圖2 - 4s d e s 的基本格式圖 版本( v ) 、填充( p ) 、長度：相同于s r 包中的描述。 包類型( p t ) ：8 位。識別r t c ps d e s 包。 源計數( s c ) ：5 位，包含在s d e s 包中的s s r c c s r c 塊數量。 各種類型源描述項內容描述： c n a m e ：規(guī)范終端標識s d e s 項。發(fā)生沖突或重啟程序時，隨機分配的s s r c 標識可能發(fā)生變化，需要c n a m e 項提供從s s r c 標識到仍為常量的源標識的綁 定。 n a m e ：用戶名稱s d e s 項，這是用于描述源的真正的名稱，可以是用戶想 要的任意形式。 e m a i l ：電子郵件地址s d e s 項，郵件地址格式由r f c 8 2 2 規(guī)定。 p h o n e ：電話號碼s d e s 項。 l o c ：用戶地理位置s d e s 項，根據應用，此項具有不同程度的細節(jié)，但格 式和內容可用設置指示。 t d o l ：應用或工具名稱s d e s 項，是一個字符串，表示產生流的應用的名 稱與版本。這部分信息對調試很有用，類似于郵件或郵件系統(tǒng)版本s m t p 頭。 t o o l 值在連接期間仍保持常數。 n o t e ：通知狀態(tài)s d e s 項。 p r l v ：專用擴展s d e s 項。該項用于定義實驗或應用特定的s d e s 擴展， 它包括由長字符串對組成的前綴，后跟填充該項其他部分和攜帶所需信息的字符 串值。 3 b y e ：斷開r t c p 包 混合器接收到b y e 包就轉發(fā)該b y e 包，但不改變s s r c c s r c 標識。如混 合器關閉，它也應該發(fā)出一個b y e 包，列出它所處理的所有源，而不只是自己 迥題會這蟲姐題塞盟佳撿丞筮的班葒量塞現(xiàn) 的s s r c 標識。作為可選項，b y e 包可包括一個8 位八進制計數，后跟很多八 進制文本，表示離開原因。 4 a p p ：定義應用的r t c p 包 a p p 包用于開發(fā)新應用和新特征的實驗，不要求注冊包的類型值。帶有不可 識別名稱的a p p 包應被忽略掉。 r t c p 協(xié)議的設計目的是與r t p 協(xié)議共同合作，為順序傳輸數據包提供可靠 的傳送機制，并對網絡流量和阻塞進行控制。r t c p 的基本做法是周期性地和所 有參與者進行通信，采用和r t p 數據包分配傳送的相同機制來發(fā)送控制包。每 個r t c p 包的前一部分是固定的，類似于r t p 的數據包：后面的結構根據包的 類型不同長度而不同，但總是3 2 位的整數倍。其長度在固定部分的長度域中標 明。 多個r t c p 包不需要任何分隔符而連接起來形成一個r t c p 組合包，在低層 協(xié)議用單一包發(fā)送出去。由于需要低層協(xié)議提供整體長度來決定組合包的結尾， 在組合包中沒有單個r t c p 包的顯式計數。組合包中每個r t c p 包可獨立處理， 不需要根據包組合順序。但為了執(zhí)行協(xié)議功能，規(guī)定如下約束條件： 1 只要帶寬允許，接收統(tǒng)計( 在s r 或r r 中) 應該經常發(fā)送，因此每個周期 發(fā)送的組合r t c p 包應包含報文包。 2 新接收端需要接收c n a m e ，并盡快識別源，開始與聯(lián)系媒介進行同步， 因此每個包應該包含s d e sc n a m e 。 3 出現(xiàn)在組合包前面的是包類型數量，其增長應該受到限制，以提高常數 位數量，提高r t c p 包對錯誤地址r t p 數據包或其他無關包成功確認的概率。 因此，所有r t c p 包必須至少以兩個包組合形式發(fā)送。推薦格式如下： 加密前綴( e n c r y p t i o np r e f i x ) ：僅當組合包被加密，才加上一個3 2 位隨機數 用于每個組合包發(fā)送。 s r 或r r ：組合包中第一個r t c p 包必須是一個報文包以方便頭的確認。即 使沒有數據發(fā)送，也沒有接收到數據，也要發(fā)送一個空r r 。 附加r r ：如果報文統(tǒng)計源數目超過3 1 ，在初始報文包后應該有附加r r 包。