手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究硕士学位论文.docx
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手机视频业务无线网络传输特性及优化技术的研究硕士学位论文
摘要
随着无线多媒体通信技术的飞速发展,尤其是近年来3G和Beyond3G移动通信系统的建立,在无线网络上传输以视频信息为主的多媒体数据业务成为现代通信领域和多媒体领域的一个研究热点。
由于无线网络易丢包、时延大、不稳定等缺陷,对基于无线网络的手机视频业务造成操作反应慢、播放缓冲时延大、跨网切换会话保持不稳定、马赛克等问题,极大地影响了手机视频业务的发展。
文章针对这些问题,根据视频流服务在移动环境下的传输特性及优化技术的最新进展,在现网(实际运营网络)环境下提出了优化实施方案并进行了相应实验。
首先,在了解无线多媒体通信技术应用现状的基础上,确定了系统的基本结构和基本功能,提出了系统的总体设计方案,按照设计流程将系统划分为视频数据包发送与接收模块、统计传送数据包过程中的时延/带宽/丢包率模块、以.txt文档存储数据模块三个功能单元。
然后对无线视频传输系统的实施方案进行了详细分析和研究。
第二,本论文采用了多普达通讯公司提供的多普达P800智能手机和中国移动提供的动感地带SIM卡作为无线传输终端(同时开通GPRS(GeneralPacketRadioService)无线上网功能)。
采用微软公司的WindowsMobile5.0PacketPCSDKARMV4I软件开发包以及MicrosoftActiveSync手机同步软件等,基于VisualStudio2008进行系统开发,采用RTP协议对数据进行封装和打包,通过Socket套接字实现数据的发送与接收,完成视频信息的传输。
第三,本文重点对视频传输质量的性能进行了测试与分析,通过比较在不同场合下测试的丢包率、时延、带宽,在现有的视频传输协议的基础上提出了优化实施方案,并基于此方案实现了无线网络下的视频传输,改善了视频传输质量,从而证明了整个设计方案是可行的,最后对全文的工作进行了总结,并对未来无线传输系统及传输技术的发展及应用进行了展望。
关键词:
视频传输,无线通信,GPRS,套接字
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofthewirelessmultimediacommunicationtechnology,especiallywiththeestablishmentoftheBeyond3Gand3Gcommunicationsystemsinrecentyears,itisahottopicinthefieldofmoderncommunicationandmultimediathattransmittingmultimediadatamainlyonvideoinformationinthewirelessnetwork.Sincewirelessnetworksareeasytopacketloss,largedelayandunstability,mobilephonevideoservicesbasedonwirelessnetworksresultinslowresponsetooperation,theplayerbufferinglargedelay,unstableinter-networkswitchingsessions,mosaicsandsoon,greatlyaffectingthedevelopmentofmobilephonevideoservices.Inordertosolvetheseproblems,accordingtothetransmissioncharacteristicsofvideostreamingservicesinthemobileenvironmentandthelatestprogressofoptimizationtechnology,theoptimizingprogramisputforwardforcurrentnetworkenvironmentandthecorrespondingtestsarecarriedout.
Firstly,wirelessmultimediacommunicationtechnologyanditsapplicationinmobilevideoservicesisstudiedinthispaper,thesystem’sbasicfunctionsaremadeclearandtheoverallthemeofthewholesystemisdeterminedunderthebackgroundofthedevelopmentofwirelessmultimediacommunicationstechnologyinthispaper,accordingtotheprocessofthewholesystem,thesystemisdividedintothreefunctionalparts:
sendingandreceivingvideodatapacketmodule,theprocessofstatisticaldatapackettransmissiondelay、bandwidth、packetlossratemodule,storagemodulewith.txtfiles.Andthen,thewirelessvideotransmissionthemeisanalyzedandstudiedindetails.
Secondly,wirelesstransmissionterminalconsistsoftheDopodP800SmartphoneprovidedbyDopodCommunicationscompanyandthedynamicareasSIMcardprovidedbyChinaMobilecompanyinthispaper,meanwhilethesmartphoneshouldhaveGPRS(GeneralPacketRadioService)functionaccesstonetwork.BasedontheplatformofVisualStudio2008、WindowsMobile5.0PacketPCSDKARmV4IandActivemobilesynchronizationsoftwareprovidedbyMicrosoft,usingRTPprotocolfordataencapsulationandpackaging,thisschemecompletessendingandreceivingdatabySocketandrealizevideoinformationtransmission.
Thirdly,theperformanceofvideotransmissionqualityismainlytestedandanalyzedinthispaper,theoptimizationschemeisproposedunderthebasisofexistingvideotransmissionprotocolbycomparingtestingresultsofpacketlossrate,delay,bandwidth,underdifferentoccasions,realizingvideotransmissionunderthewirelessnetworkandimprovingthequalityofvideotransmission,andtheschemeisprovedtobefeasible.Finally,thewholearticleisconcludedandwirelesstransmissionsystemandtransmissiontechnologyforfuturedevelopmentandapplicationareputforward.
FanyongYan(CommunicationandInformationSystem)
DirectedbyProf.ZhangYing
KEYWORDS:
videotransmission,wirelesscommunication,GPRS,socket
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
目录
第一章引言1
1.1课题研究背景1
1.2国内外研究现状及研究意义1
1.3本文的主要工作及结构安排2
1.4本章小结3
第二章无线网络视频传输技术4
2.1无线视频传输技术概述4
2.2手机无线网络传输技术5
2.3无线视频传输的主要难点7
2.4本论文的解决方案8
2.5本章小结8
第三章无线视频传输协议9
3.1基于IP的流媒体实时传输和控制协议9
3.1.1RTP协议分析9
3.1.2RTCP协议分析12
3.1.3实时流协议RTSP14
3.1.4资源预留协议RSVP14
3.1.5视频传输有关的通信协议14
3.2UDP传输协议分析16
3.2.1UDP协议综述17
3.2.2UDP协议的操作18
3.2.2.1无连接服务18
3.2.2.2流量控制和差错控制18
3.2.2.3封装和拆装19
3.2.2.4排队19
3.2.2.5复用和分用21
3.2.3UDP协议优点21
3.2.4UDP协议的不足22
3.3优化方案下的无线视频传输机制22
3.3.1FEC传输控制机制23
3.3.2ARQ传输控制机制24
3.3.3HARQ传输控制机制24
3.3.3.1HARQ传输控制机制分析24
3.3.3.2HARQ传输控制机制的不足及改进方案26
3.3.4优化方案中简化的传输模型27
3.4本章小结28
第四章无线网络视频传输模型29
4.1客户机/服务器模型29
4.2无线网络传输接口30
4.2.1套接字30
4.2.2套接字类型30
4.3无线视频传输系统需要考虑的问题31
4.4套接字与视频传输模型的关系33
4.5基于套接字视频传输的实现方案35
4.6本章小结38
第五章无线网络视频传输的实现方案39
5.1利用MFC类库设计无线视频传输系统39
5.1.1无线视频传输类库39
5.1.2MFC中的Windows套接字类40
5.2无线网络视频传输的实现流程44
5.2.1服务器端实现流程45
5.2.2客户机端实现流程48
5.3实验数据与结果分析53
5.3.1实验测试环境及网络拓扑结构53
5.3.2实验测试步骤与结果54
5.3.3测试结果分析59
5.4本章小结60
第六章总结与展望61
6.1论文总结61
6.2工作展望62
致谢63
参考文献64
攻读硕士期间公开发表的论文68
第一章引言
1.1课题研究背景
随着TD-SCDMA、TD-LTE网络的快速发展,视频业务被认为是TD-LTE上极具前景的应用,得到了各方面的重视。
但是,由于无线网络易丢包,时延大等不足,对基于无线网络的手机视频业务造成操作反应慢、播放缓冲时延大、跨网切换会话不稳定、马赛克等问题,极大地影响着手机视频业务的发展。
因此需要研究视频流服务在无线网络环境下的传输特性及优化技术,并针对现网环境进行实施和测试。
无线视频传输是无线多媒体通信的重要组成部分,视频信息传输的无线化打破了传统同轴电缆和光纤受制于硬件连接的不利局面,具有更强的便捷性、灵活性和可操控性。
无线视频传输技术的发展已对无线移动网络的架构和无线视频传输协议产生了深远的影响,但是由于无线信道带宽资源有限,而且具有随机性和时变性,外在干扰因素多,再加上视频信号本身数据量比较大,对实时性要求高,因此在数据传输中存在许多值得研究和需要解决的问题。
1.2国内外研究现状及研究意义
目前国内外很多科研机构和通信厂商都陆续推出了自己的视频传输技术及相关产品,并对其进行了深入的研究。
根据传输媒质的不同,可以将视频传输技术分为:
有线视频传输技术和无线视频传输技术。
本课题主要研究了无线视频传输技术,它是一种基于卫星或微波的视频传输技术,这种视频传输有较大的可操作性,可以在短时间内构造一个宽带网络。
无线视频传输技术通过无线信道进行传输视频信息,然而我们知道无线信道资源是十分稀缺的,并且存在多径效应、衰落效应等,是一个很典型的时变噪声信道,这就从本质上决定了无线信道的高误码率,并且错误都是突发出现的,具有很强的随机性,只有准确地估计出无线网络条件,并且采用有效的信道编码方法才有可能消除或减轻信道误码的影响,从而提高视频传输的可靠性。
该论文详细分析了现有的无线视频传输协议,并在此基础上提出了基于UDP传输协议的优化方案,并用C++开发语言在VS2008平台上实现了该视频传输方案。
GPRS网络是目前国内三大通信运营商(中国移动、中国联通、中国电信)近几年铺设较成功的数据通信网络,传输速度快。
GPRS数据传输技术,目的在于实现基于无线网络环境的视频传输系统,该系统有广阔的市场应用前景,可以广泛应用于高速公路、地铁、公交车等有线网络实现时存在弊端的环境。
事实证明,在移动多媒体业务、无线视频会议、高空监视、军事侦察、卫星遥感等领域,视频通信的强大信息量使得开发无线视频通信应用,具有广泛的应用前景和重要的现实意义。
该论文的研究方案采用多普达P800智能手机以及中国移动提供的GPRS(GeneralPacketRadioService)无线通信网络进行相关的测试实验与研究。
当前,全球已有上百家通信运营商向用户开通了GPRS商用系统及实验系统,GPRS技术已开始在全球的GSM网络中广泛部署。
国际上有名的电信设备制造商爱立信、诺基亚、摩托罗拉、西门子等都在积极开发GPRS相关产品,并提出一系列的解决方案。
目前,国内外采用GPRS网络进行无线视频传输技术还不够成熟,因而本课题的研究意义是很有必要的。
1.3本文的主要工作及结构安排
本论文的主要研究内容有:
(1)理论研究:
深入研究了无线视频传输协议;深入学习和掌握了PC上Windows操作系统下的VS2008和多普达P800智能手机上的WindowsMobile操作系统下的编程方法。
这是本论文的重点所在。
(2)软件实现:
在切实掌握无线视频传输协议的基础上,用C++开发语言实现了基于UDP协议下的服务器端(PC)和客户机端(手机)的无线视频传输,并分别在不同的应用场所测试出了视频传输过程中的丢包率、时延、带宽,根据视频传输特性恶化的场所提出了对应的优化方案,并通过实验验证出了在优化方案下的无线视频传输性能的改善。
这是本论文的难点所在。
作者在查阅大量相关文献的基础上,提出并设计实现了一种基于中国移动提供的GPRS服务的无线视频传输方案,并对整个方案的性能进行了相关的测试实验和系统分析,同时对所取得的实验结果进行分析总结并对未来工作进行了展望。
本论文行文路线如下:
第一章主要介绍了目前国内外关于无线多媒体通信技术的研究现状,明确了论文的研究目的和研究意义。
第二章概述无线视频传输技术,分析现有的无线视频传输技术及主要难点,并根据当前存在的技术瓶颈提出了本论文的解决方案。
第三章详细分析了现有的无线视频传输协议,并分析出其存在的不足,根据协议中的这些不足之处,引入了容错控制机制,从而提出了优化方案。
第四章主要介绍套接字网络传输概要和优化方案中C/S模型的搭建,并为第五章的系统实现做了铺垫。
第五章详细介绍了利用socket套接字进行网络视频传输的算法思想及代码实现,实现了基于UDP协议优化方案下的无线视频传输系统。
第六章对全文做了总结和展望,同时对未来无线传输系统的进一步完善指出了改进的方向。
1.4本章小结
本章主要介绍了本课题的研究背景、研究意义以及目前国内外对本课题的研究现状和研究应用程度,同时介绍了本论文研究方案的主要研究工作量,阐明了论文的行文结构和逻辑框架,使读者能够对本论文的逻辑结构有个大体的了解和把握。
第二章无线网络视频传输技术
2.1无线视频传输技术概述
“视频”最初源自英文单词Video,日常生活中我们所看到的电视、电影、VCD、DVD中的活动的图像都是视频的范畴。
视频,顾名思义相对于静止图像而言,它是活动的图像,而实际上我们所看到的视频图像是由许多单一的、静止的图像所组成的,每一幅图像用通信的专业术语来形容称为一帧。
由于人眼在视觉上的惰性,每秒钟切换24帧的静止图像就形成了看似连续活动的视频图像[1][12]。
我们知道视频图像所含有的信息量(相对于其他格式的信息量而言)是非常庞大的,要想实现视频数据可靠、有效地传输,必须采取高效的视频压缩编解码算法和容错控制技术,以此来减少视频传输对信道带宽的要求,以达到既能提高视频信息的传输速率,又能进行可靠地传输视频信息的目的。
鉴于此,该论文主要研究了手机视频在无线网络下的传输特性,以及在优化方案下的容错控制技术。
现已发展很成熟的Internet网络、有线电视网络、电信网络等有线通信网络,给人们的生活确实带来了很多便利,这三种网络的融合是未来网络通信的发展趋向,
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- 关 键 词:
- 手机 视频 业务 无线网络 传输 特性 优化 技术 研究 硕士学位 论文