基于RTP／RTCP的音視頻Wi Fi傳輸系統的設計＊

周 鵬 湯銀煥 黃秋元 楊紀鋒 王福堂

（武漢理工大學信息學院1） 武漢 430070） （上海明波通信技術有限公司2） 上海 201203）

0 引 言

無線流媒體技術是無線網絡技術、視頻編碼技術和流媒體傳輸技術的結合.在無線網絡方面，基于IEEE802.n系列的Wi Fi網絡理論上已經能達到108 Mb／s的速率，在視頻編解碼方面，MPEG4已經得到學術界和工業界的認可［1－3］，也成為當前視頻編碼領域最為熱門的研究領域之一.RTP／RTCP協議是為了在分組網絡中傳遞實時業務而設計的，如今已經在有實時性要求的領域得到了廣泛的應用.當前，基于無線網絡的流媒體傳輸技術是無線網絡應用的一個研究熱點，同時也是難點.

本系統由2部分實現：采集音視頻并壓縮發送音視頻信號的發送端和接收并解碼播放音視頻信號的接收端.發送端和接收端在硬件平臺上是完全相同的，通過軟件來將其設定為發送端和接收端，以實現兩者之間實時的無線視頻流式傳輸.

1 系統結構

1.1 硬件結構

硬件主要包括處理器、音視頻采集單元、Wi Fi傳輸模塊、存儲模塊、以太網接口以及串口調試單元組成.結構如圖1所示.

圖1 無線傳輸系統結構圖

處理器采用飛思卡爾半導體Dragon Ball家族的最新成員i.MX27芯片作為多媒體應用處理器，可以對前端送來的視頻信號進行H.264編碼和本地存儲，且通過無線wifi傳輸.NAND Flash是程序存儲器單元；LPDDR存儲數據；無線模塊采用usb接口的wifi模塊TL－WN321 G＋；codec使用wolfson的WM8976，采用麥克風錄音或者AV線從電視機錄音，播放使用揚聲器、耳機或者AV線輸入到電視；視頻encode芯片是TVP5150，decode芯片是CH7024，從CMOS攝像機OV2640或者TVIN錄制視頻流，由TVOUT播放或者LCD顯示.

在無線傳輸系統中，通過軟件分別將兩塊板子設置為發送端和接收端，發送端的開發板就選中codec的錄音功能和video的視頻采集功能，接收端的功能是codec播放聲音和視頻解碼顯示.

1.2 軟件結構

系統的軟件架構采用C／S架構，軟件設計分為發送端軟件和接收端軟件.發送端軟件設計分為音視頻采集、音視頻壓縮和音視頻發送3個功能模塊；客戶端軟件設計分為音視頻接收、音視頻解碼和音視頻播放3個功能模塊.系統軟件結構如圖2所示.

圖2 無線傳輸系統軟件結構

工作流程：發送端，視頻采集模塊分別從前端攝像機和麥克風采集視頻和音頻信號，視頻信號經過A／D轉換和i.MX27應用處理器芯片進行壓縮編碼后生成MPEG4格式的視頻流，而音頻信號經過A／D轉換生成I2S標準的數字音頻格式，將這些音視頻流通過流媒體服務器打包成RTP數據包，通過wifi無線模塊發送到網絡中；接收端通過wifi無線模塊從網絡中接收到RTP包，解包，通過i.MX27解壓縮，經過D／A轉換為視頻和音頻信號，送到LCD視頻顯示，及揚聲器進行聲音的播放.

2 流媒體傳輸RTP／RTCP協議

2.1 RTP／RTCP介紹

由于TCP的重發機制帶來較大的時延，UDP本身又不提供任何Qos保證，因此IETF制定了實時傳輸協議RTP和實時傳輸控制協議RTCP來滿足多媒體實時傳輸的需求.RTP通常使用UDP來進行多媒體數據的傳輸，但如果需要的話可以使用TCP或者AT M等其他協議.

實時傳輸協議（real－time transport protocol，PRT）是在Inter net上處理多媒體數據流的一種網絡協議，利用它能夠在一對一（unicast，單播）或者一對多（multicast，多播）的網絡環境中實現傳流媒體數據的實時傳輸，其目的是提供時間信息和實現流同步.整個RTP協議由兩個密切相關的部分組成：RTP數據協議和RTP控制協議兩個關系十分密切的子協議.RTP和RTCP配合使用，能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網絡視頻流數據.在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包.RTCP包中含有已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料.

一個視頻或音頻RTP包的組成如圖3所示.

圖3 一個視頻／音頻RTP包

2.2 基于RTP／RTCP的音視頻傳輸

為了更加快速地在項目中應用RTP協議實現流媒體的傳輸，一般會選擇使用一些RTP庫，例如使JRTPLIB庫，CCRtp庫，Ort p庫等，我們選用Ortp庫作為第三方庫.Ortp是一個支持RTP以及RFC3550協議的庫，該庫純使用C語言實現，可以工作于windows，Linux，以及Unix平臺.該系統是在linux下實現的，所以要將Ort p庫移植到linux系統下.對于大部分基于RTP／RTCP的應用程序來說，類RTPSession是最主要的類.

發送視頻的程序實現步驟如下.

在進行RTP流媒體傳輸之前，首先要對RTP進行初始化，初始化函數如下：

ortp＿init（）；

ortp＿scheduler＿init（）；

然后對RTP收發進行初始化，先要生成Rtp Session類的一個實例來表示此次RTP send對話，創建的Rtp Session的一個實例是m＿Session＿send，m＿Session＿send＝rtp＿session＿new（RTP＿SESSION＿SENDRECV）；

接下來設置該實例使用調度管理功能，使用阻塞模式，發送數據的目標地址和監聽端口號，以及發送數據的負載格式，設置如下：

rtp＿session＿set＿scheduling＿mode（m＿Session＿send，1）；

rtp＿session＿set＿blocking＿mode（m＿Session＿send，1）；rtp＿session＿set＿remote＿addr（m＿Session＿send，"192.168.2.60"，5060）；

rtp＿session＿set＿payload＿type（m＿Session＿send，34）；

其中，payload的格式在payloadtype.h中有詳細的定義，在發送音頻的時候要注意payload值的變換.

然后進行視頻采集、MPEG4編碼，最后將編碼好的MPEG4視頻流打成RTP包，如下

m1＝rtp＿session＿create＿packet（m＿Session＿send，header Size，（char＊）data，size）；

返回mbl k＿t結構的RTP包，將該RTP包發送出去到目的地址，實現函數如下

rtp＿session＿send m＿with＿ts（m＿Session＿send，m1，0）；

視頻接收的程序實現如下步驟：

初始化RTP和發送端一樣，也需要先生成Rtp Session類的一個實例m＿Session＿recv，模式設置同發送端，同時要注意接收監聽端口要和發送端的一致，接收的IP設置為"0.0.0.0"，然后進行RTP包的接收，

rtp＿session＿recv m＿with＿ts（m＿Session＿recv，0）；

由下面函數進行時間戳同步，

rtp＿session＿get＿current＿recv＿ts（m＿Session＿recv）；

同時將接收到的RTP包進行還原，送到處理器解碼顯示，至此視頻端RTP收發已經實現.

3 Wi Fi模塊的設計

3.1 Wi Fi技術介紹［4－5］

目前，主要的無線接入技術主要包括802.11，802.15，802.16，802.20標準.無線局域網就是基于其中的802.11標準.802.11b是所有無線局域網標準中被使用最為廣泛的標準，它的工作頻率為2.4 GHz，傳輸速率為11 Mb／s.另外還有兩種802.11空間的協議，包括（a）和（g），它們也是公開使用的，但802.11b在世界上最為常用.Wi Fi（wireless fidelity）就是基于802.11b標準建立的，它具有部署方便、成本低、傳輸速率高、抗干擾能力強、靈活性好等優點.Wi Fi的覆蓋半徑基本上能達到100 m左右，而普通的藍牙技術基本上只能覆蓋15 m左右的半徑區域.而且 Wi Fi網絡的建設成本相對于傳統的局域網布線成本要低，Wi Fi網絡只需安裝一定數量的無線網絡節點（Access Point）就可以滿足指定區域信號的覆蓋，可以避免固定局域網繁瑣的布線工程.

3.2 Wi Fi模塊的實現

本系統采用的Wi Fi模塊是TL－WN321G＋，此模塊是TP－Link的rt73芯片，是一款USB接口的Wi Fi設備.該模塊支持IEEE 802.11b和IEEE 802.11g無線標準，最大支持54 Mb／s的傳輸速率，是USB2.0的接口類型，工作頻段是2.4～2.4835 GHz，室內最遠傳輸100 m，室外300 m的距離.

要使用該無線模塊，需將其驅動移植到linux平臺上，由于其使用的是rt73芯片，rt73有開源的linux驅動.從網絡上下載rt73源碼到內核linux2.6.19下，進行該驅動的移植，配置內核支持Wi Fi網絡，生成rt73.ko，拷貝到相應文件系統下，同時也要移植相應的加密工具.使用的時候將Wi Fi模塊插入usb接口，ins mod驅動模塊，設置無線模塊的IP，將無線模塊激活，這樣就可以使用Wi Fi模塊進行音視頻的無線傳輸，同時為了增加無線網絡的穩定性，需要一臺無線路由器建立連接點.

4 結束語

本系統實現了音視頻流通過無線網絡的實時傳輸，視頻和音頻是分開進行的.該系統視頻部分實現了從CMOS攝像頭采集視頻，由i.MX27進行MPEG4編碼，組成RTP／RTCP包通過 Wi Fi無線網絡發送出去，并由接收端接收解碼顯示出來，音頻部分實現了從麥克風錄音，由codec芯片編碼成PCM流，然后組成RTP／RTCP包，通過Wi Fi網絡發送，在接收端接收解碼播放.

［1］孔永鋒，施偉斌，基于RTP＆RTCP的 MPEG4嵌入式Linux無線視頻監控系統［J］.儀表技術，2009（8）：35－38.

［2］賀 禮，陳前斌，唐 倫，隆克平.基于3 G無線網絡實時傳輸MPEG4流媒體的設計與實現［J］.計算機應用研究，2008，25（6）：121－124.

［3］張 偉.基于RTP和 MPEG4的流媒體系統研究［J］，科技資訊，2007（24）：166－167.

［4］陳文周.Wi Fi技術研究及應用［J］.數據通信，2008（2）：14－17.

［5］Doxygen，ORTP API documentation，Rev0.14.2［EB／OL］.［2008－02－02］，htt p：／／www.antisip.co m／doc／ortp.