视频传输技术及实现

本科毕业设计说明书（论文）第1页共42页1绪论1.1研究背景随着人类的发展，信息技术的不断进步，人们的通信方式也在不断的进步。传统的书信、电话等的通信方式早己经不能满足人们日益丰富多彩的现代生活的需求了。人们对通信的方式和通信内容的要求越来越高，不仅要求要收到对方发来的文字信息，还要听到对方的声音，看到动态的形象，甚至是活动的现场；不仅要看到黑白的图像，还要看到彩色的图像。由此可见，信息技术的进步，使得图像的传输在人们的生活中起了重要的作用。在人类社会进入信息化时代的今天，图像信息的处理存储和传输在社会生活中的作用越来越突出了。而进入二十一世纪以来，视频传输被人们越来越广泛的应用到各个领域。视频传输已经成为多媒体信息传输的核心。多媒体通信技术是多媒体技术、通信技术和计算机技术相结合的产物。多媒体通信时代的到来，离不开多媒体和通信技术的每一次发展。多媒体技术的发展，使计算机处理跨越了单一媒体的简单形式，也有效的带动了多媒体压缩，存储和处理技术的发展。因此，由于通信技术的发展，计算机也为网络多媒体信息的传输提供了良好的平台。对于不同的通信业务，对网络的要求也不一样。对于文字、数字和静止的图像等非实时的信息，传输时对时延无严格要求，但对误码率的要求却很高。因为误码率会造成信息的丢失；而对于一些需要实时传输的信息业务，如视频业务与语音，对时延的要求很高，但可以容忍一定程度的误码，与数据传输对误码的要求截然不同。所以，对于传输中的误码，不需要像数据传输那样要求绝对无误的传输，可以通过寻找一些相关数据来代替误码的数据，来恢复人眼可接受的视频图像。随着互联网的迅速发展和计算机的普及，网络已经成为我们工作，生活和学习中必不可少的一部分了。传统的视频传输技术中，视频连接的建立和视频传输质量存在着一些严重的问题：例如，建立连接消耗时间过长，视频的质量不够清晰，容易受到网络带宽的影响产生卡屏等问题。在这种情况下，产生了新的视频传输协议和视频编码技术，它的时间性和优质的视频质量得到了人们的广泛认可，并且从长远角度看，它还具备很大的发展潜力。本科毕业设计说明书（论文）第2页共42页1.2设计目的与意义在人们的工作生活中，视频传输有着极其重要的意义，它有着一些很重要的应用，比如：广播电视，视频点播，电影，可视电话，会议电视等。基于VC的视频传输技术是网络会议的核心，也是众多聊天系统的核心部分，它使得处在不同地区，不同城市乃至不同国家的人们利用Internet提供的便利条件进行视频对话。这虽然给人们带来了很多的方便，但是它也有它的弊端和需要人们解决的问题。最主要的问题就是如何在Internet实时而高效的进行视频传输。因为网络所提供的带宽是相对固定的，但是能够利用的有效的带宽却是随着网络的利用程度而不断的变化的，这就使网络的拥塞随时可能发生；因此，就会造成传输延迟或者是数据包的丢失，最终造传输错误。通过此次研究，要达到对以上问题的深刻认识和部分问题的改善。VC技术是网络传输的关键技术，也是网络应用的关键技术，视频传输技术的发展大大的影响到视频聊天工具的发展。对视频传输技术的进一步的剖析，可以清楚的理解中间所运用到的技术和具体的实现方法，掌握常用的编码、解码和传输协议，为解决现实中实际存在的问题提供了可能。1.3视频传输技术的应用模式视频在网络上的传输根据传输方式的不同有着不同的模式。(1)点到点的传输视频传输有多种形式，最简单的传输是点到点的传输，这种传输方式是单播。它分为单向的和双向的两种方式。这种传输方式可以用于视频文件的传输。也可以用于音频的传输。视频点播就是一种单向的视频传输。它一般是一个视频文件单独为一个用户服务。双向的就是在两个网络终端进行传输。例如，网络电话。这种传输方式可以消耗大量的网络带宽，导致网络中的可以利用的资源减少，使网络的使用率降低。(2)单点对无限多点传输这是广播的方式发送视频的服务器不加选择地把视频发送到与之连接的所有节点。这种方式的好处是不需要控制视频传输路由，而且每个接收者都可以收到。缺点是非个性化服务，并且容易造成流量泛滥。(3)单点对预先选定的多点传输本科毕业设计说明书（论文）第3页共42页这是多播的方式。多播的方式只把视频传送到需要视频服务的用户，这样有效地节省了网络资源。这种方式需要复杂的组成员登记操作和完善的视频多播路由选择、建立和维护机制。(4)多点对多点的传输多点对多点的传输是会议的形式。其最直接的应用就是网络会议。网络会议是指两个或两个以上不同地方的人或群体通过传输线路及多媒体设备，将声音、影像及文字资料互传，达到即时且互动的沟通。这个一种集通信、计算机技术、多媒体技术于一体的远程异地通信方式。网络会议系统是通过网络平台以实时的音、视频等多媒体手段，支持人们远距离进行实时信息交流、开展协同工作的应用系统。网络会议系统实时传输视频与音频信息，使协作成员可以远距离进行直观、真实的视音频交流。另一方面，利用多媒体技术的支持，网络会议系统可以帮助使用者对工作中各种信息进行处理，如共享数据、共享应用程序等，从而构造出一个多人共享的工作空间。这种会议系统的传输方式就是多点对多点的传播。处于这个传播网络中的每一方都可以发送自己的视频，也可以接收来自于这个网络中的任何一方传输的视频。本科毕业设计说明书（论文）第4页共42页2视频传输相关技术2.1VC++技术VC++语言是当今最流行的面向对象的程序设计语言，可视化与面向对象是当今最流行的编程技术。VisualC++是微软公司推出的开发Win32应用程序（Windows98/2000/XP/NT）的、面向对象的可视化集成工具。它的最大优点就是提供了功能强大的MFC类库，MFC是一个很大的C一类层次结构，其中封装了大量的类及其函数，很多Windows程序所共有的标准内容可以由MFC的类来提供，MFC类为这些内容提供了用户接口的标准实现方法，程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填入这个轮廓，这将简化编程工作，大大的减少程序员编写的代码数量，使编程工作变得更加轻松容易。VisualC++作为一种程序设计语言，它同时也是一个集成开发工具，提供了软件代码自动生成和可视化的资源编辑功能。由于VC++是依附于Windows操作系统的，所以在Windows操作系统下，VisualC++的执行速度和对操作系统的访问权限之高，是其他许多编程工具所无法比拟的。因此，VisualC++成为众多程序员在Windows下编程的首选工具。VisualC++6.0较以前的VC版本，增加了支持IE4.0的控件和类、增强了对OLEDB的支持、完善了DHTML以及提了独立的MSDN帮助系统等，同时，集成环境内部工具的性能也得到了相应提升。VisualC++为用户提供了一个VisualC++6.0的集成开发环境为用户提供了一个快速编程的框架，大大提高了编程的效率。在Windows下编程，通常要靠调用WindowsAPI加以实现。VisualC++6.0将大量的WindowsAPI进行封装，通过MFC的方式提供给程序开发人员，程序开发人员通过MFC，可以方便地对程序进行各种操作，从而大大简化了程序开发人员的编程工作，提高程序开发人员的工作效率。VisualC++6.0还有以下特点：强制内联关键字。通过把被调函数直接展开得到调用函数内部的方法，内联函数避免了函数调用的消耗，可以加快应用程序的运行速度，但是，也相对增加了可执行代码的长度。ADO数据绑定。可以将数据源绑定到ADO控件上，方便对数据源的操作。本科毕业设计说明书（论文）第5页共42页新的调试性。VisualC++6.0提供了强大的调试环境，而且还可以根据程序开发人员的需要定制个性化的开发环境。2.2TCP/IP通信协议TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写，中文译名为传输控制协议/互联网络协议)协议是Internet最基本的协议，简单地说，就是由底层的IP协议和TCP协议组成的。TCP/IP协议组之所以流行，部分原因是因为它可以用在各种各样的信道和底层协议(例如T1和X.25、以太网以及RS-232串行接口)之上。确切地说，TCP/IP协议是一组包括TCP协议和IP协议，UDP(UserDatagramProtocol)协议、ICMP(InternetControlMessageProtocol)协议和其他一些协议的协议组。2.2.1TCP/IP整体结构TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是：物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机(但不检查是否被正确接收)，如网际协议（IP）。网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet，SerialLine等）来传送数据。本科毕业设计说明书（论文）第6页共42页2.2.2TCP/IP中的具体协议TCP/IP是一个协议族，是因为TCP/IP协议包括：IP,TCP,UDP,ICMP,SMTP,ARP,FTP等许多协议，这些协议一起称为TCP/IP协议。以下简单介绍TCP/IP中的协议都具备什么样的功能，都是如何工作的：（1）IPIP（InternetWorkingProtocol）称为网际协议。网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层一TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的源地址是有效的。也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫做IPSourceRouting，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。（2）TCPTCP（TransportControlProtocol）称为传输控制协议。如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。面向连接的服务（例如Telnet,FTP,rlogin,XWindows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。本科毕业设计说明书（