RTP的H.264視頻傳輸技術(shù)的探究

胡紅明

【摘要】? ? H.264/AVC是新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，通常是將視頻編碼和傳輸分開，從而形成了VCL（視頻編碼層）和NAL（網(wǎng)絡(luò)提取層）。其中VCL在實(shí)際應(yīng)用過程中起到的主要作用就是對(duì)視頻進(jìn)行高質(zhì)量壓縮，而NAL起到的作用就是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境情況的合理分析，將經(jīng)過壓縮的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分裝傳輸，為視頻信息內(nèi)容傳輸提供一個(gè)良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。下面，針對(duì)RTP的H.264視頻傳輸技術(shù)進(jìn)行深入分析，希望文中內(nèi)容對(duì)相關(guān)工作人員可以有所幫助，能夠促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】? ? 視頻傳輸? ? RTP? ? 編碼技術(shù)? ? 傳輸質(zhì)量

近幾年，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，其在許多行業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用，具有不錯(cuò)的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)摿?。在互?lián)網(wǎng)快速發(fā)展的背景下，數(shù)字視頻技術(shù)如何在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸成為了一項(xiàng)需要人們重點(diǎn)研究的內(nèi)容。H.264其在實(shí)際應(yīng)用過程中性能優(yōu)異，因此被廣泛的應(yīng)用到了數(shù)字電視廣播、網(wǎng)絡(luò)視頻、實(shí)施通訊等多個(gè)方面。

一、H.264在應(yīng)用過程中的特點(diǎn)

H.264其具有良好的壓縮性能，同時(shí)還具有良好的網(wǎng)絡(luò)親和性，也因?yàn)槠渚哂羞@一特點(diǎn)，使其在網(wǎng)絡(luò)中能夠發(fā)揮出良好的作用。近幾年，我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，同時(shí)，隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)視頻通訊也提出更高的要求，其也得到了更加廣泛的應(yīng)用。例如，遠(yuǎn)程教學(xué)、視頻會(huì)議等[1]。從實(shí)際情況來看，在視頻信息傳輸期間，受多項(xiàng)因素影響，可能會(huì)因?yàn)镮P數(shù)據(jù)流發(fā)生突發(fā)性改變，產(chǎn)生不良影響。例如，當(dāng)流量過大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)擁堵情況，此時(shí)則會(huì)出現(xiàn)誤碼、丟包等各種不良現(xiàn)象，從而會(huì)導(dǎo)致傳輸?shù)囊曨l圖像中出現(xiàn)大量的方塊，這種視頻質(zhì)量是人們難以接受的[2]。因此， 針對(duì)視頻傳輸技術(shù)來說，不僅要求其在應(yīng)用期間具有較高的壓縮比，而且，還應(yīng)當(dāng)能夠在惡劣的條件的完成相應(yīng)的傳輸作業(yè)，而H.264具有抗阻塞、抗誤碼的健壯性，因此，通過對(duì)其的應(yīng)用，能夠很好的完成視頻傳輸。

二、選取視頻傳輸協(xié)議

RTP作為應(yīng)用型傳輸協(xié)議，其不提供傳輸可靠性保證，以及流量擁塞控制機(jī)制，其位于User Datagram Protoco（UDP）上。主要研究人員注意的是UDP在是實(shí)際應(yīng)用期間，其在性能上不如TCP可靠，同時(shí)，也不能確保實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量可以達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要RTCP實(shí)施監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸，以及相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量，確保視頻傳輸作業(yè)的順利進(jìn)行。但是，因?yàn)閁DP傳輸時(shí)延要明顯低于TCP，同時(shí)，可以很好的與視頻和音頻進(jìn)行配合[3]。因此，在在具體應(yīng)用過程中RTP/RTCP/UDP用于音頻/視頻媒體，而TCP則被應(yīng)用在數(shù)據(jù)和控制信令傳輸。

RTP是針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)中媒體數(shù)據(jù)流的一項(xiàng)傳協(xié)議?，F(xiàn)代RTP被定義為一對(duì)多或一對(duì)一傳輸情況下工作，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用的目的就是提供時(shí)間信息，同時(shí)，確?，F(xiàn)實(shí)流能保持同步，更好的完成相應(yīng)的視頻信息準(zhǔn)確傳輸。RTP自身只能夠確保信息內(nèi)容數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，并不能夠?qū)崿F(xiàn)擁塞控制或流量控制，在對(duì)RTP進(jìn)行應(yīng)用，以上各項(xiàng)內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)都要依據(jù)RTCP。

RTCP的起到的主要作用就是對(duì)傳輸質(zhì)量進(jìn)行管理，在目前的進(jìn)程中，完成對(duì)各項(xiàng)控制信息內(nèi)容的合理交換。在RTP會(huì)話過程中，參與者就可以通過周期性的方式，完成對(duì)RTCP包的傳送，包中包含了已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包的具體數(shù)量信息內(nèi)容，以及丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)資料信息[4]。因此，在該期間，服務(wù)器可以通過對(duì)這些信息的合理應(yīng)用，通過動(dòng)態(tài)的方式，使信息的傳輸速率發(fā)生合理改變，甚至可以使有效荷載類型發(fā)生合理改變。合理的配合應(yīng)用RTP和RTCP，可以很好的完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸工作。也正式因?yàn)槿绱耍诰W(wǎng)絡(luò)傳輸中，采用RTP/RTCP協(xié)議，承載在UDP協(xié)議上，最后利用IP完成相應(yīng)的傳輸。

三、H.264視頻封裝及傳輸設(shè)計(jì)

3.1 H.264視頻流封裝方案

H.264視頻數(shù)據(jù)要先利用RTP封裝，將其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行打包處理，從而形成合適的網(wǎng)絡(luò)傳輸大數(shù)據(jù)包，然后再完成相應(yīng)的傳輸作業(yè)，可見，在對(duì)H.264進(jìn)行應(yīng)用期間，做好相應(yīng)的分析工作，設(shè)計(jì)出何時(shí)的RTP封裝策略，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的合理封裝意義重大[5]。

通常來說，H.264中，RTP封裝要嚴(yán)格遵循下列原則：

（1）保持相對(duì)較低的開銷，因此，對(duì)于傳輸最大單元（MTU）來說，應(yīng)當(dāng)將其控制在100-64K字節(jié)間。

（2）注重易于區(qū)分分組的重要性，并且在實(shí)際作業(yè)期間，不必對(duì)分組內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。

（3）應(yīng)當(dāng)可以對(duì)數(shù)據(jù)的具體類型進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，不必要對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行解碼，并且可以可以通過對(duì)編碼流間相關(guān)性，將無用數(shù)據(jù)信息丟棄，不會(huì)對(duì)其在應(yīng)用過程中的具體性能造成不良影響。

（4）支持將一個(gè)NALU拆分成多個(gè)RTP：輸入圖片的不同大小決定了NALU的長(zhǎng)度與MTU相比，可能大很多，在具體問題處理過程中，只有對(duì)其進(jìn)行拆分，才可以有效避免IP層在傳輸期間發(fā)生分片情況[6]。

（5）可以將不同的NALU匯集到通過一個(gè)RTP分組中，通常來說，等多個(gè)圖片編碼的整體數(shù)據(jù)與MTU相比更小，可以對(duì)該模式進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的目的。

3.1.1 分割NAL單元

分割NAL單元時(shí)，可以通過對(duì)多個(gè)RTP分組進(jìn)行合理應(yīng)用，完成相應(yīng)的傳輸工作。依據(jù)IP層MTU的實(shí)際大小完成相應(yīng)的分析，針對(duì)尺寸相對(duì)較大的NALU來說，對(duì)其必須進(jìn)行相應(yīng)的分割處理，實(shí)際分割可以在兩個(gè)不同的層次上完成。

（1）視頻編碼層VCL上的科學(xué)分割

為了能夠跟好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)MTU尺寸，可以采用編碼器完成Slice NALU大小的選擇的，進(jìn)而使其在具體應(yīng)用期間能夠提供更好的性能。通常來說，調(diào)整編碼Slice大小，保持其大小適中都可以被控制在1460字節(jié)以內(nèi)，通過該處理方式，避免IP層遭受分割[7]。

（2）分割提出層NAL

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層上的NALU進(jìn)行分割處理，實(shí)際作業(yè)中的具體工作就是對(duì)分片單元方案進(jìn)行進(jìn)行應(yīng)用，完成相應(yīng)的分割操作。H.264標(biāo)準(zhǔn)匯中對(duì)分割機(jī)制進(jìn)行了明確，可以讓NAL單元尺寸的大小適中都小于1460字節(jié)。需要特別注意的是，該方在具體應(yīng)用期間，只是針對(duì)同一個(gè)NAL單元進(jìn)行，完成相應(yīng)的分割，并不可以將其應(yīng)用在聚合分組中[8]。對(duì)于一個(gè)NAL單元來說，完成相應(yīng)的分割分組后，對(duì)于每個(gè)RTP分組序列號(hào)來說，都應(yīng)當(dāng)加1。

3.1.2 NAL單元重組

將多個(gè)NAL單元聚合在同一個(gè)RTP分組中。一些H.264的NAL單元的具體大小，例如SEL NAL單元、參數(shù)集都很小，一些只有幾個(gè)字節(jié)，因此，印度剛激昂這些內(nèi)容合理的組合在同一個(gè)RTP包中，通過這種組合方式，可以有效減小標(biāo)頭的具體開銷情況。從現(xiàn)階段的情況來看，常見的聚合分組有以下兩種類型：

①STAP（單一時(shí)間聚合分組）

該類型的聚合分組主要包括單一時(shí)間聚合分組A（STAP-A）和單一時(shí)間聚合分組B（STAP-B），依據(jù)時(shí)間戳完成相應(yīng)的組合，他們的NAL單元有著相同的時(shí)間戳，通常該聚合分組方式被應(yīng)用在延遲相對(duì)較低的環(huán)境匯總，并且從實(shí)際應(yīng)用情況來看，也取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

②MTAP（多時(shí)間聚合分組）

該類型的分組主要分為兩種不同類型的多時(shí)間聚合分組，分比為MTAP16（16比特偏移時(shí)間聚合分組）和MTAP24（24比特偏移時(shí)間聚合分組），兩種不同類型的分組中不同的時(shí)間戳也可以完成相應(yīng)的組合，該方式通常都別應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)延遲相對(duì)較高的環(huán)境中，例如，經(jīng)常被應(yīng)用在流媒體中，而且從實(shí)際應(yīng)用情況來看，也取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。需要注意的是這種聚合分組方式的具體打包方案相對(duì)來說較為復(fù)雜，其使基于流媒體的H.264性能得到進(jìn)一步加強(qiáng)，可以發(fā)揮出更好的作用，滿足應(yīng)用需求。

3.1.3 分裝設(shè)計(jì)

針對(duì)分裝設(shè)計(jì)來說，要從RTP包裝和RTCP包裝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，通過分析，確定分裝頭部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后完成相應(yīng)的包裝處理，使其可以滿足應(yīng)用需求。

3.2 傳輸設(shè)計(jì)思想

3.2.1 服務(wù)器端

針對(duì)H.264視頻的分裝、發(fā)送、相應(yīng)等各項(xiàng)請(qǐng)求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)H.264視頻中的NAL單元網(wǎng)絡(luò)友好性記性合理應(yīng)用，制定一個(gè)合理的RTP封裝方式，同時(shí)，在哦服務(wù)器端加設(shè)一個(gè)緩沖區(qū)，通過對(duì)該緩沖區(qū)的應(yīng)用，使服務(wù)器在應(yīng)用期間的處理能力可以得到進(jìn)一步提升，確保視頻傳輸質(zhì)量能夠得到要求標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸

通過對(duì)服務(wù)器端的應(yīng)用，完成對(duì)RTCP、RTP數(shù)據(jù)包的發(fā)送，各項(xiàng)內(nèi)容在IP層上完成相應(yīng)的封裝，然后將封裝后的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)上，最終將信息傳輸給客戶。

3.2.3 客戶端

客戶端的核心作用就是接收視頻流，同時(shí)，完成相應(yīng)的解碼播放，使客戶能夠接收到相應(yīng)的視頻信息。

四、結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)時(shí)視頻通信成為了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的一項(xiàng)焦點(diǎn)內(nèi)容。H.264視頻自身具有的友好性網(wǎng)絡(luò)適宜性和壓縮性，使該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用變得更加廣泛，并且得到了人們的重視，做好相應(yīng)的研究工作，使其作用可以得到進(jìn)一步提升，滿足人們的應(yīng)用需求。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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