3G网络下视频传输的自适应码率控制

摘要

随着无线网络技术和嵌入式多媒体技术的发展融合，3G相比于传统有线网络凭借其组网灵活性和终端的可移动性越来越多地被应用到视频监控领域。视频监控服务要求很高的准确性以及实时性，然而3G网络带宽不稳定，信号强弱随机变化的特点使得在这样一种环境下传输视频数据极易造成延时和数据丢失，造成监控画面卡顿甚至中断，严重影响监控系统的稳定性和用户体验。
　　当下多数视频监控方案采用用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)传输视频流。UDP降低了传输延时，但不具备拥塞控制功能。论文首先介绍了传统的基于UDP传输的无线视频监控系统方案，并在已有软硬件平台下实现了该方案并测试了该方案系统在接收端采用3G方式接入条件下不同码率分辨率视频数据的丢包率均值。在此基础上提出基于预测关键帧相对延时的码率控制策略及其码率调整机制，设计了基于预测关键帧相对延时码率控制的无线视频监控系统，使得监控系统能够定期地预测3G网络拥塞状况并自适应地调整视频码率。
　　将采用传统方案的监控系统和加入码率控制策略后的监控系统分别进行丢包率测试。对于编码格式为H.264，帧率为15fps，分辨率为QVGA/VGA的视频流，采用了基于预测关键帧相对延时码率控制策略的监控系统丢包率在测试时间段内的均值小于或接近1％，优于采用传统方案的监控系统，基本达到了提出的设计指标要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文组织

第二章 视频编码技术与拥塞控制基本原理

2．1 视频压缩编码原理

2．1．1 视频冗余性

2．1．2 视频压缩编码技术发展

2．2 H．264标准及编解码原理

2．2．1 H．264编码数据格式

2．2．2 H．264视频编解码框架

2．2．3 H．264视频编码关键技术特征

2．3 拥塞及拥塞控制

2．3．1 网络拥塞产生原因

2．3．2 网络可用带宽与延时关系

2．3．3 拥塞控制及相应策略

2．4 基于UDP的拥塞控制

2．5 本章小结

第三章 基于预测关键帧相对延时的码率控制策略

3．1 基于UDP的传统监控方案及丢包率测试

3．1．1 传统方案监控系统架构

3．1．2 3G下行带宽波动性测试

3．1．3 传统方案系统丢包率测试

3．2 基于预测关键帧相对延时的码率控制策略

3．2．1 IDR(关键帧)与P帧判断机制

3．2．2 自适应控制原理

3．2．3 码率自适应调整策略

3．3 本章小结

第四章 基于预测关键帧相对延时的码率控制监控系统设计

4．1 监控系统架构

4．1．1 监控系统网络拓扑

4．1．2 控制指令与视频数据传输模式

4．2 应用层无线监控协议设计

4．2．1 数据类型定义

4．2．2 数据包头格式

4．2．3 协议正文格式

4．3 监控系统三端实现

4．3．1 采集端实现

4．3．2 接收端实现

4．3．3 服务器实现

4．4 本章小结

第五章 实验结果与分析

5．1 实验平台

5．2 监控系统功能验证

5．3 丢包率测试方案

5．4 实验测试结果与结论

5．4．1 QVGA视频丢包率测试

5．4．2 VGA视频丢包率测试

5．4．3 测试结论

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文