基于RTP的高清視頻流的傳輸系統(tǒng)研究

周 鵬

（92124部隊，大連 116000）

隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，視頻流的實時傳輸成為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的重要應(yīng)用熱點之一，與之對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸體系框架，也必須隨之作出必要的調(diào)整。曾經(jīng)依賴TCP/IP協(xié)議機制的網(wǎng)絡(luò)，在今天而言開始變得不再適用。如何構(gòu)建起適應(yīng)當(dāng)前流媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境，成為領(lǐng)域內(nèi)共同關(guān)注的一個重要問題。

1 RTP相關(guān)概念分析

對于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而言，為了能夠?qū)崿F(xiàn)高清視頻流媒體的傳輸，多采用MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)展開工作，該標(biāo)準(zhǔn)以其自身的高壓縮率、高質(zhì)量和低傳輸率所著稱，成為下一代流媒體傳輸?shù)氖走x格式和操作標(biāo)準(zhǔn)。在MPEG-4應(yīng)用的流媒體傳輸環(huán)境中，對于時延和丟包率都有比較高的要求，但是傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議機制在這一方面無法做到令人滿意。TCP/IP協(xié)議采用了面向連接的重傳機制，其建立的時候需要通過三次握手流程才能正常展開工作，因此從連接建立開始，就已經(jīng)造成了比較大的時延問題發(fā)生。同時，在流媒體傳輸領(lǐng)域中，UDP 協(xié)議也不適用。雖然UDP協(xié)議的傳輸時延較小，但是在該框架之下，其并未對數(shù)據(jù)包進(jìn)行編號，因此差錯控制也就無從談起，數(shù)據(jù)傳輸過程中盡量交付的態(tài)度，以及UDP在擁塞控制上的工作嚴(yán)重不足，都成為其無法適應(yīng)流媒體傳輸環(huán)境。

在這樣的背景之下，實時傳輸協(xié)議（RTP，Real-time Transport Protocol）的應(yīng)用可謂是一種必然，這是一種專門為多媒體數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時傳輸而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且有對應(yīng)的配套實時傳輸控制協(xié)議（RTCP，Real-time Transport Control Protocol）來展開傳輸控制工作。RTP能夠提供一對一或者一對多的網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)，同時可以提供時間戳來對流同步進(jìn)行控制，適用于當(dāng)前點播和組播實時流媒體數(shù)據(jù)的傳輸。RTP能夠工作在UDP環(huán)境之上，也可以工作在TCP或者ATM協(xié)議上，相對而言對于環(huán)境的要求比較寬松。RTP在工作的時候與RTCP形成互補，由前者實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，而由后者來實現(xiàn)對于傳輸過程的控制。在傳輸會話的過程中，各會話參與端會定期發(fā)送RTCP數(shù)據(jù)包傳輸統(tǒng)計反饋信息，其中包括對發(fā)包、丟包以及時延等方面的信息，并且整個系統(tǒng)來依據(jù)這些信息，實現(xiàn)進(jìn)一步的控制，調(diào)節(jié)整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的發(fā)送速率等細(xì)節(jié)。

以RTP在UDP上建立連接展開工作的過程為例。RTP和RTCP需要使用各自獨立的數(shù)據(jù)端口，二者多選用相鄰端口展開工作。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，對應(yīng)的流媒體數(shù)據(jù)首先采用RTP 協(xié)議進(jìn)行封裝，形成RTP數(shù)據(jù)包，而后發(fā)送到對應(yīng)的RTP端口，交給下一層協(xié)議處理，即UDP協(xié)議。關(guān)于數(shù)據(jù)包的對應(yīng)統(tǒng)計信息，則同時打包形成RTCP數(shù)據(jù)包，發(fā)送至對應(yīng)的RTCP端口，并且交由下一層數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行處理。在UDP層展開傳輸，將數(shù)據(jù)與控制信息的數(shù)據(jù)包送達(dá)目標(biāo)節(jié)點。對于RTP協(xié)議而言，其本身并不限制數(shù)據(jù)包的最大長度，因此傳輸過程中的負(fù)荷均由下層協(xié)議決定。

2 RTP協(xié)議之下的MPEG-4數(shù)據(jù)傳輸

將RTP協(xié)議MPEG-4數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行融合使用，對于流媒體數(shù)據(jù)的傳輸有著積極的意義，但是想要實現(xiàn)這種融合，首先需要將MPEG-4視頻數(shù)據(jù)封裝成一個RTP數(shù)據(jù)包，而后才能經(jīng)由下層協(xié)議傳輸。相對于MPEG-1/2，MPEG-4不需要特殊的頭部字段，因此其典型的RTP數(shù)據(jù)格式參見圖1。

圖1 RTP協(xié)議下的MPEG-4數(shù)據(jù)包格式

在數(shù)據(jù)包的形成過程中，首先需要在數(shù)據(jù)內(nèi)容上加上時間、同步等相關(guān)控制信息。行業(yè)內(nèi)對于這一領(lǐng)域的研究眾多，包括以固定長度進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，或者將一個宏塊打包進(jìn)RTP數(shù)據(jù)包中，不同的打包方式，都有著不同的優(yōu)劣勢，成為該領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。發(fā)展至今，通常的做法是考慮針對每一個VOP進(jìn)行編碼打包，同時限制其不能超過當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)路徑的MTU（Maxium Transit Unit），這樣做既可以提升整體效率，又充分利用了MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的編碼特征。

在擁塞控制方面，數(shù)據(jù)接收端可以依據(jù)RTP數(shù)據(jù)包的接收情況，來生成RTCP接收報告RR，并且將RR定期發(fā)送至數(shù)據(jù)發(fā)送端，形成通告網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的材料，便于數(shù)據(jù)發(fā)送端來依據(jù)對應(yīng)的控制算法展開對于輸出碼率的調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)擁塞控制。

3 結(jié)束語

對于流媒體的傳輸，是一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不斷適應(yīng)和改善的過程，只有保持對先進(jìn)技術(shù)的警惕，切實從實際發(fā)展瓶頸出發(fā)，才能展開有針對性的改善，才能推動該領(lǐng)域的進(jìn)步。