1引言
    微波站通常位于高山上，設(shè)施被盜問題一直非常突出，給微波系統(tǒng)的正常工作帶來嚴(yán)重影響。如能利用圖像監(jiān)控系統(tǒng)將微波站圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)管中心，這樣就會(huì)大大提高微波站設(shè)施的安全性，保障系統(tǒng)的正常工作。

    本系統(tǒng)采用微波通信鏈路，提出了一種微波視頻監(jiān)控系統(tǒng)的RTP傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，由于視頻數(shù)據(jù)的信息量巨大，必須對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行有效的壓縮。因此，針對(duì)基于微波鏈路的視頻壓縮技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能有著重要的影響。

2視頻壓縮技術(shù)的選擇
    目前最權(quán)威，應(yīng)用最為廣泛的兩個(gè)壓縮標(biāo)準(zhǔn)算法分別為MPEG4和H.264。MPEG4覆蓋的技術(shù)范圍太廣，是一種面向?qū)ο蟮?、交互式的編碼，一般都只能用到SimpleVideoCoding和AdvancedSimpleVideoCoding，而且壓縮性能比H.264要低3dB左右。

    H.264是目前世界上公認(rèn)最好的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，2003年，ISO／IEC的運(yùn)動(dòng)圖像專家組(MPEG)與ITU-T的視頻編碼專家組(VCEG)聯(lián)手制定了最新的第三代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264／AVC，其主要目的就是為了提供更高的編碼效率和更好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性。在相同重構(gòu)圖像質(zhì)量下，與H.263+和MPEG-4ASP標(biāo)準(zhǔn)相比，能節(jié)約50％的碼流；采用分層模式，定義了視頻編碼層(VCL)和網(wǎng)絡(luò)提取層(NAL)，后者專為網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)，能適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的"親和性"。H.264引入了面向IP包的編碼機(jī)制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸，具有較強(qiáng)的抗誤碼特性，特別適應(yīng)、丟包率高、干擾嚴(yán)重的無線視頻傳輸要求。

3軟件系統(tǒng)
3.1基本軟件平臺(tái)與操作系統(tǒng)
    采用基于達(dá)芬奇的軟件開發(fā)平臺(tái)DVSDK，即數(shù)字視頻開發(fā)平臺(tái)，是由MontaVista公司提供的。他包括：

    (1)eXpressConfigureKit：他可將各個(gè)不同的軟件模塊集成為一個(gè)可執(zhí)行文件，避免手工集成包括ARM和DSP上的軟件，以及如何協(xié)調(diào)他們的工作。

    (2)TMS320C644xSoCAnalyzer：他是一個(gè)單一的圖形化系統(tǒng)，使開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的瓶頸，找出問題并加以解決。他包括：系統(tǒng)集成、負(fù)載分布、數(shù)據(jù)輸入輸出等各種行為。(3)MontaVista操作系統(tǒng)：MontaVista是公認(rèn)的十分穩(wěn)定的Linux操作系統(tǒng)，但DVSDK中專為數(shù)字視頻應(yīng)用而進(jìn)行了大量的優(yōu)化，使其成為支撐視頻處理最優(yōu)秀的作業(yè)系統(tǒng)。

3.2H.264壓縮算法
    H.264既保留了以往壓縮技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和精華，又具有其他壓縮技術(shù)無法比擬的許多優(yōu)點(diǎn)。

    低碼流(LowBitRate)和MPEG2和MPEG4ASP等壓縮技術(shù)相比，在同等圖像質(zhì)量下，采用H.264技術(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)量只有MPEG2的1／8，MPEG4的1／3。顯然，H.264壓縮技術(shù)的采用將大大節(jié)省用戶的下載時(shí)間和數(shù)據(jù)流量收費(fèi)。

    高質(zhì)量的圖像H.264能提供連續(xù)、流暢的高質(zhì)量圖像(DVD質(zhì)量)。

    容錯(cuò)能力強(qiáng)H.264提供了在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生的丟包等錯(cuò)誤的必要解決工具。

    網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)H.264提供了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)層(NetworkAdaptationLayer)，使得H.264的文件能容易地在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸(例如互聯(lián)網(wǎng)，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等)。 [nextpage]

    H.264的基本流程是編碼器先將圖像分割成圖片，圖片再分為宏塊，對(duì)于每個(gè)宏塊根據(jù)幀的類型分別加以處理。對(duì)于獨(dú)立(I)幀，采用所謂的幀內(nèi)預(yù)測；對(duì)非獨(dú)立幀，采用幀間預(yù)測，即所謂的運(yùn)動(dòng)搜索，然后進(jìn)行預(yù)測。并對(duì)預(yù)測采用DCT變換，最后采用熵編碼(算術(shù)或變碼長編碼)。H.264由于采用了以下技術(shù)使壓縮比大幅提高：

(1)1／4，1／8運(yùn)動(dòng)搜索技術(shù)，使運(yùn)動(dòng)搜索的匹配精度提高；
(2)多參考幀技術(shù)；
(3)幀內(nèi)的精細(xì)預(yù)測技術(shù)；
(4)4×4小塊預(yù)測技術(shù)，使圖塊更加容易匹配。

3.3RTP傳輸協(xié)議
    實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP是針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)在單播和多播網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳輸?shù)膫鬏攲訁f(xié)議，由IETF提議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是RFC1889，其在音頻／視頻應(yīng)用中的框架協(xié)議是RFC1890。實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議與實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(RTCP)配合使用，實(shí)現(xiàn)在非寬帶網(wǎng)絡(luò)中媒體流的傳輸、控制和質(zhì)量反饋，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。

4實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP的設(shè)計(jì)
4.1RTP協(xié)議基本原理
    在有線網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)常使用的兩種傳輸協(xié)議TCP和UDP對(duì)無線視頻來說都不是很合適。TCP需要大量重傳，因而會(huì)導(dǎo)致很大的時(shí)延，而且還會(huì)因?yàn)檎`碼后反復(fù)需要重傳而導(dǎo)致信道阻塞，從而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。對(duì)于UDP來說，由于沒有任何QoS的保證，很容易導(dǎo)致丟包后無法恢復(fù)數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致解碼失敗。由于無線信道的誤碼率很高，所以UDP也很不合適。RTP的一個(gè)基本應(yīng)用的機(jī)制如圖1所示。

RTP協(xié)議包含了兩部分：
    實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(Real-timeTransportProtocol，RTP)：用來攜帶具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

    實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(Real-timeControlProtocol，RTCP)：用來提供服務(wù)品質(zhì)(QoS)保證、身份驗(yàn)證。

    RTP本身并不提供任何機(jī)制來確認(rèn)傳送時(shí)間與提供服務(wù)品質(zhì)(QoS)保證，這些功能只能靠著較低層網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)來提供。RTP不保證數(shù)據(jù)一定送到，也不會(huì)糾正包的失序，但是RTCP包中包含了包序號(hào)，接收端依照包序號(hào)重建數(shù)據(jù)。

    RTP專為實(shí)時(shí)流媒體的傳輸制定，他是基于UDP的基礎(chǔ)上，充分考慮到實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)RTCP(實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議)給予適當(dāng)?shù)腝oS保證。RTP協(xié)議包括網(wǎng)絡(luò)的初始化，IP地址與端口的設(shè)置，把數(shù)據(jù)幀拆分為小包以便通過適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，發(fā)送數(shù)據(jù)包，發(fā)送后的數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器后通過阿爾卡特A98000以微波方式進(jìn)行傳輸，或者通過CDMA信道直接進(jìn)行傳輸?；赗TP的視頻傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

[nextpage] 4.2RTP協(xié)議設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
    系統(tǒng)采用的基本控制流程如圖3所示。

其中流量和擁塞控制采用以下機(jī)制：
    其中：P為丟包率閾值；p為當(dāng)前丟包率；a，b為調(diào)節(jié)系數(shù)；最小速率為R2，最大速率為R3，初始時(shí)發(fā)送速率r(n)=R1，(R2<R1<R3)。

    在某個(gè)會(huì)話中，參與者可能位于防火墻之后，不能通過組播方式參與會(huì)話。可以將兩個(gè)轉(zhuǎn)換器分別放在防火墻的兩側(cè)，在外側(cè)的轉(zhuǎn)換器將收到的組播包集中起來，通過可以穿透防火墻的管道連接到防火墻內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器，而防火墻內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器將包重新以組播的方式發(fā)送給防火墻內(nèi)的參與者。轉(zhuǎn)換器和混合器的框圖如圖4所示。

    RTP通過發(fā)送冗余信息來減少接收端的丟包率，這樣會(huì)增加時(shí)延，與冗余片不同的是他增加的冗余信息是個(gè)別重點(diǎn)信息的備份，適合于應(yīng)用層的重要信息的保護(hù)。

5結(jié)語
    微波傳輸方式的主要缺點(diǎn)是帶寬窄和誤碼率高。因此需要更好的傳輸技術(shù)，以得到高質(zhì)量的圖像監(jiān)控系統(tǒng)。本文提出了一種微波視頻監(jiān)控系統(tǒng)的RTP傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。

    (1)視頻圖像傳輸功能的測試。本系統(tǒng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)窄帶帶寬下的視頻傳輸。我們首先測試了在64k的低帶寬條件下的視頻傳輸，對(duì)于CIF圖像，即352×288的標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖像，我們可以獲得大約高達(dá)2-5幀／s的傳輸速率。傳輸速度同時(shí)會(huì)隨著視頻流的不同，而有所變化。這樣的幀率對(duì)安全監(jiān)控已經(jīng)滿足要求。個(gè)別時(shí)候由于干擾發(fā)生丟幀情況時(shí)，時(shí)延會(huì)增大，畫面質(zhì)量的平均PSNR在30dB左右，基本滿足了視覺需要。

    (2)如果將6個(gè)64k綁定成為一個(gè)384k的通道，為了實(shí)現(xiàn)高性能的圖像傳輸，我們選定分辨率D1，即704×576，即實(shí)現(xiàn)高于DVD的畫質(zhì)。針對(duì)384k的鏈路也進(jìn)行了測試，壓縮幀率平均在20～25幀左右，基本連續(xù)，對(duì)人眼沒有跳躍的感覺。人物面貌清晰可辨．對(duì)于辨認(rèn)不法闖入分子的身份有很大的幫助，達(dá)到了預(yù)先的設(shè)計(jì)目標(biāo)。但在微波鏈路受到干擾的時(shí)候，時(shí)延也會(huì)有所增大。