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基于RTP的实时H.264网络视频监控系统的实现与QoS研究

作　者: 吴作绥
导　师: 方敏
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 网络视频监控 RTP QoS 抖动码率控制
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 138次
引　用: 2次
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内容摘要

实时视频监控系统广泛应用于金融、电力、交通、物流等各行业。随着网络技术的发展,视频监控系统已经从传统的模拟闭路电视发展到基于IP网络的第三代数字视频监控系统。实时网络视频监控系统传输的数据量大,对数据流的实时性和平滑性要求很高,需要解决实时视频数据的压缩、编码、网络传输、码率控制、解码播放等问题。但是现有的IP网络只提供尽力而为的服务,难以提供有效的QoS(Quality of Service)保障机制,不适合实时网络视频监控数据的传输。针对以上问题,本文分析了新一代视频压缩编码标准H.264和实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol),设计了基于RTP的实时H.264网络视频监控系统,实现了实时H.264网络视频监控数据的采集、压缩编码、传输、解码和播放。设计了服务器与客户端之间通信的私有协议CAM IP(IP CAM Interface Protocol),完成了该私有协议命令的解析,以实现对云台、录像、H.264图像参数配置等系统各方面的控制。分析了影响实时H.264网络视频监控数据流质量的带宽、丢包率和抖动等相关QoS参数,采用双缓冲区技术消除了抖动对视频解码播放的影响。设计了基于RTP协议的实时视频流传输方案。在TCP的AIMD(Additive Increase Multiplicative Decrease)拥塞控制算法的基础上提出了一种基于RTP/RTCP(Real-time Transport Control Protocol)的自适应码率控制算法。该算法利用RTCP协议反馈的描述网络性能的相关参数预测当前的网络状况,自适应的调整编码器的输出码率,以适应当前的网络带宽,预防和控制网络拥塞。最后建立了H.264自适应码率控制模型,并在该模型基础上验证了码率控制算法的性能。仿真实验数据分析表明,RTP传输方案和自适应码率控制算法能快速和平滑的把输出码率调整到一个与实际网络带宽容量相近的值,有效的控制了网络拥塞,减小了丢包率和抖动值,提高了实时H.264网络视频监控系统视频流的服务质量。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 问题的提出及研究现状  8-10
  1.3 论文主要工作及章节安排  10-13
第二章相关协议标准选择和码率控制算法  13-21
  2.1 新一代视频压缩编码标准H.264/AVC  13-15
    2.1.1 H.264新特点  13-14
    2.1.2 H.264压缩性能比较和应用  14-15
  2.2 实时视频数据网络传输方案选择  15-18
    2.2.1 网络传输协议分析比较  15-16
    2.2.2 RTP报文格式  16-17
    2.2.3 RTCP控制功能  17
    2.2.4 RTP/RTCP实现方式  17-18
  2.3 码率控制算法分析  18-20
    2.3.1 H.264码率控制  18-19
    2.3.2 现有码率控制方案分析  19-20
    2.3.3 本文码率控制算法设计思路  20
  2.4 小结  20-21
第三章基于RTP的H.264网络视频监控系统的设计与实现  21-37
  3.1 实时网络视频监控系统总体设计  21-25
    3.1.1 视频监控系统硬件架构  21-22
    3.1.2 视频监控系统软件分层结构及组件设计  22-23
    3.1.3 系统中任务的规划设计  23-24
    3.1.4 系统中任务间通信的规划设计  24
    3.1.5 服务器总体数据流图  24-25
  3.2 监控服务器与客户端通信私有协议设计与解析  25-27
    3.2.1 服务器与客户端通信私有协议CAM IP设计  25-26
    3.2.2 私有协议CAM IP解析及系统总体控制  26-27
  3.3 视频监控数据的采集编码和RTP实时传输  27-32
    3.3.1 服务器端H.264视频数据流控制架构  27
    3.3.2 H.264视频数据模拟采集与编码的实现  27-29
    3.3.3 RTP数据包的发送与接收  29-31
    3.3.4 RTCP数据包的接收与处理  31-32
  3.4 H.264实时视频监控数据的解码与显示  32-36
    3.4.1 监控客户端播放器架构  32-33
    3.4.2 H.264视频数据流的预处理及帧提取  33-34
    3.4.3 H.264视频数据流的解码与显示  34-35
    3.4.4 客户端多通道解码播放  35-36
  3.5 小结  36-37
第四章实时H.264网络视频监控数据传输的QoS研究  37-49
  4.1 网络视频监控数据传输面临的问题与QoS分析  37-38
    4.1.1 实时视频数据传输面临的问题  37
    4.1.2 QoS分析与QoS管理  37-38
  4.2 抖动分析与处理  38-40
    4.2.1 抖动的计算  38-39
    4.2.2 双缓冲区消除抖动处理  39-40
  4.3 网络状态的评估及实验结果初步分析  40-45
    4.3.1 网络拥塞及控制  40
    4.3.2 丢包率分析及门限参数获取  40-43
    4.3.3 使用抖动评估网络状态  43-44
    4.3.4 使用抖动预防网络拥塞  44-45
  4.4 基于RTP的自适应码率控制算法的研究  45-47
    4.4.1 H.264自适应码率控制算法  45-47
    4.4.2 基于RTP/RTCP的自适应码率控制模型的建立  47
  4.5 小结  47-49
第五章仿真实验结果及QoS比较  49-55
  5.1 实验环境搭建  49
  5.2 实验过程及实验数据获取  49-52
  5.3 实验数据结果分析  52-53
  5.4 小结  53-55
第六章结束语  55-57
  6.1 本文小结  55
  6.2 问题与展望  55-57
致谢  57-59
参考文献  59-63
在读期间的研究成果  63

基于RTP的实时H.264网络视频监控系统的实现与QoS研究

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