新時代音視頻傳輸技術的繼承與發展

姚銳

【摘要】在信息時代的今天，互聯網早已成為了人們工作生活的一部分。隨著計算機技術和通訊技術的發展使音視頻傳輸技術不斷完善，已廣泛應用到國民經濟的各個領域。

【關鍵詞】音頻 視頻 傳輸

一、音視頻數據傳輸的大體分類

（一）有線傳輸。有線傳輸技術最主要的特點就是需要借助于電纜或者光纜等傳輸介質完成信息傳輸。通常情況下，有線傳輸技術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，并且有線傳輸技術在不同的傳輸介質中發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。但是隨著社會發展，傳統的有線方式已經不能滿足需求。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送的信息，這就是無線電信號的發送過程。在接收端，首先由接收天線將收到的電磁波還原為與發送端相似的高頻電流。然后經過檢波，取出原來的信號電流。這就完成了無線傳輸。

二、音視頻傳輸系統的基本技術原理

（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絡中播放的網絡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據流進行變換。這里指的變換既包括將信號或者數據流進行編碼（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，通過專用的設備（子卡）單獨完成視頻解碼，比如曾經的VCD/DVD解壓卡、視頻壓縮卡都被冠以“硬解”的稱號?！坝步狻被静恍枰狢PU參與運算，從而為系統節約了很多資源開銷。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絡傳輸系統是一個復雜龐大的綜合體，包含很多環節和部分，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議處理等內容，其功能是需要隨機延時特性和丟包特性。視頻流處理傳輸的流程：先要對視頻進行采樣，再進行視頻編碼或者直接輸人數字視頻進行編碼，等生成適應網絡傳輸的視頻碼流在進行視頻傳輸，最后對視頻流進行解碼、重構視頻信號完成傳輸過程。

三、基于以太網的幾種音視頻傳輸技術

這是行業的一個技術焦點，以其不依賴于控制系統而獨立存在的特性，廣泛的應用到很多項目中。不僅解訣了多線路問題，還解訣了遠距離傳輸、數據備份、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音頻傳輸技術主要有CobraNet（它是美國PeakAudio公司開發的一種在以太網上傳輸專業非壓縮音頻信號的技術，工作在數據鏈路層的低層傳輸協議，但無法穿過路由器，只能在局域網中傳遞，音頻流不能大于8個數據包Bundle。）和EtherSound（它是由法國Digigram公司開發的一種基于以太網傳輸音頻信號的技術，工作在數據鏈路層的低層傳輸協議，只能在局域網中傳遞。）。但這兩種技術都各有千秋，在它們此基礎上，Audinate于2003年推出了Dante這種融合了很多新技術的數字音頻傳輸技術，基于3層的IP網絡技術，采用Zeroconf協議，簡化了網絡的運行模式，可以在以太網（100M或者1000M）上傳送高精度時鐘信號以及專業音頻信號并可以進行復雜的路由。至于下一代網絡音視頻實時傳輸技術，新IEEE標準——音視頻橋，簡稱AVB，以即插即用和自主開發的姿態面世。

四、音視頻數據傳輸協議

新媒體應用要求互聯網提供有服務質量（QoS）保證的傳輸，在現有網絡狀況下，能為人們帶來更高級的視聽享受?；ヂ摼W是一個基于包交換的通信網，初期的設計目標是要解決網絡的連通性和高可靠性，并沒有對實時性進行較多的考慮。為了在包交換網絡上提供有服務質量保證的傳輸，必須解決預留資源、分類信息、時間同步等問題。基于IP的實時協議就是針對不同的側重點，對原有的協議族進行改造，來滿足實時通信的要求。這些協議主要分布在兩層：網絡層和傳輸層。如何在TCP/IP網絡上公平地提供流媒體服務與傳統數據業務，是網絡傳輸控制協議需要考慮的核心問題。另外，TCP/IP網絡傳輸中的延遲、抖動、網絡擁塞等，使得流媒體發送端的發送速度與接收端的接收速度不匹配等，對實時傳輸的媒體服務質量產生重要的影響，致使接收端的媒體演播中存在媒體內抖動（不連續性）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質量的重要的步驟，是多媒體研究的關鍵技術之一。解決音視頻同步問題一般有兩種方法：一是對相關媒體進行同質處理，二是對各相關媒體分開進行處理。總體上說，多媒體同步方案的設計應滿足多種通信模式，應選擇靈活的同步方法，同時其算法應簡單，額外開銷小。因此，需要找到一種方法，能直接體現音頻和視頻之間的同步關系，而且當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。流量控制分為開環和閉環兩種類型。開環控制是指信源嚴格按規定的速率向網絡發送數據。而在閉環控制中，流量控制是由發送端根據接收端或網絡反饋回來的信息動態調整來實現的。文中所討論的音視頻傳輸系統采用的是閉環控制。糾錯控制有兩種方法：一種為重發，一種為前向糾錯（FEC）。重發必須容忍信息重發延遲，因而不適合實時音視頻傳輸。使用前向糾錯（FEC），冗余信息與主數據信息一起傳輸，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據包不用等待額外重發，可以從冗余信息中恢復，適合實時應用。

參考文獻：

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