基于WiMAX的多媒体无线列调系统的研究与实现

摘要

无线列调是以铁路运输调度为目的，利用无线电波的传播，完成列车与调度中心之间或列车与列车之间通信的系统。近年来，由于国家对重载铁路的运输量及运输效率的要求不断加强，导致列车数量明显增多，易于引起通信阻塞，因此迫切需要能够提供更多带宽的无线列调系统。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，它基于IEEE802.16，建立在IP技术之上。WiMAX技术的不断发展使得VoIP技术应用于铁路无线列车调度系统成为可能，同时可实现基于VoIP提供的语音通信和多媒体会话。在实际铁路现场中，需要在各角色之间进行视频通信来传递信息、联络业务，为此本文提出了基于WiMAX的多媒体无线列调系统。
　　本文主要研究基于WiMAX的多媒体无线列调系统中视频通信的问题。首先深入研究了SIP协议的消息流程，通过SIP注册信令及呼叫信令实现底层视频单呼。然后根据MPEG-4与H.264之间的比较选取H.264作为本文的视频编码标准，通过引入目前在多媒体通信系统中广泛应用的实时传输协议RTP，设计并实现了基于RTP传输H.264视频流的视频传输方案并将该方案应用于多媒体无线列调系统中。系统在实现过程中引入了DirectShow技术，基于构件的思想，对视频编码、传输、解码及显示采用了纯软件的实现方法，而视频采集则应用了海康威视DS-4004HC视频采集卡来完成。最后，在WiMAX环境下，对系统进行相关功能及性能测试，通过对测试结果的分析得出本文设计实现的多媒体无线列调系统基本满足需求。
　　基于WiMAX的多媒体无线列调系统主要包括SIP模块、视频采集模块、视频编码模块、视频传输模块、视频解码模块和视频显示模块等部分。通过对各个模块的详细设计与实现使得该系统完成了视频通话的功能。在实际铁路的应用场景中，可在机车台、调度台、车站台等不同角色之间进行信息的传递，有助于监控铁路现场，为了解现场情况做出贡献。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究现状

1．3 课题研究内容

1．4 论文组织结构

1．5 本章小结

2 关键技术

2．1 WiMAX网络

2．1．1 WiMAX概念及特点

2．1．2 WiMAX网络体系结构

2．1．3 基于WiMAX的无线列调系统优势

2．2 SIP协议

2．2．1 SIP协议介绍

2．2．2 SIP消息格式及流程

2．2．3 SIP事务和对话

2．3 RTP／RTCP协议

2．4 流媒体技术

2．4．1 概述

2．4．2 原理

2．5 视频压缩编码

2．5．1 视频压缩编码简介

2．5．2 MPEG-4标准

2．5．3 H．264标准

2．5．4 本文视频压缩方案的选取

2．6 本章小结

3 基于WiMAX的多媒体无线列调系统的设计

3．1 当前系统架构

3．2 总体设计

3．2．1 设计目标

3．2．2 实现原理

3．2．3 功能模块划分

3．2．4 总体流程概要设计

3．3 详细设计

3．3．1 SIP模块设计

3．3．2 视频采集模块设计

3．3．3 视频编码模块设计

3．3．4 视频传输模块设计

3．3．5 视频解码模块设计

3．3．6 视频显示模块设计

3．4 本章小结

4 基于WiMAX的多媒体无线列调系统的实现

4．1 系统开发环境及相关技术

4．1．1 硬件设备

4．1．2 软件平台

4．1．3 JRTPLIB库

4．1．4 DirectShow技术

4．1．5 海康威视DS-4004HC板卡介绍

4．2 SIP模块实现

4．2．1 SIP注册

4．2．2 单呼

4．2．3 挂断

4．3 视频采集模块实现

4．3．1 视频采集卡的应用接口函数

4．3．2 创建应用程序

4．3．3 程序的初始化及参数设置

4．3．4 实现视频采集

4．4 视频编码模块实现

4．4．1 编码方案的选择

4．4．2 视频编码流程

4．4．3 Filter实现

4．5 视频传输模块实现

4．5．1 RTP发送／接收

4．5．2 功能分析

4．5．3 Filter实现

4．5．4 QoS控制机制的实现

4．6 视频解码模块实现

4．6．1 视频解码流程

4．6．2 Filter实现

4．7 视频显示模块实现

4．7．1 视频显示流程

4．7．2 功能实现

4．8 本章小结

5 系统测试

5．1 测试环境

5．2 功能测试

5．2．1 注册测试

5．2．2 呼叫测试

5．2．3 通话测试

5．3 性能测试

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集