TCP/IP協(xié)議及發(fā)展和IP視頻傳輸特點

1 TCP/IP協(xié)議

　　TCP/IP是一組完整的數(shù)據(jù)協(xié)議集，得名于兩個最重要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol .縮寫TCP）和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Internet Protocol.縮寫IP）。目前TCP/IP協(xié)議已成為占主導地位的通訊協(xié)議，它能使各種業(yè)務(wù)在不同的網(wǎng)上實現(xiàn)互聯(lián)互通，從技術(shù)上為網(wǎng)絡(luò)融合奠定了基礎(chǔ)。它之所以能夠獲得如此成就，是因為它具有如下的特點： 開放的協(xié)議標準，可以獨立于特定計算機和操作系統(tǒng)的開放方式。 獨立于特定的物理網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運行在多種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上。

　　共同的地址規(guī)劃方案使得整個網(wǎng)絡(luò)中的任何TCP/IP設(shè)備都具有一個唯一的地址。 標準化的高層協(xié)議提供了多種可靠的用戶服務(wù)。

2 IP技術(shù)的發(fā)展

　　TCP/IP是Internet網(wǎng)絡(luò)中的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。1989年WWW的出現(xiàn)，使Internet發(fā)生了根本的變化，使其從單純的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為能夠在世界范圍內(nèi)共享和發(fā)送信息的分布式文件系統(tǒng)，其利用價值飛速提高，TCP/IP協(xié)議也因此得到廣泛應(yīng)用。特別是1993年因特網(wǎng)商業(yè)化后，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模平均以半年翻一番的速度發(fā)展，使人們認識到應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)層用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議實現(xiàn)不同種類網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，形成一個獨立于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的平臺，這就是IP網(wǎng)。普通IP網(wǎng)傳送實時業(yè)務(wù)不能保證服務(wù)質(zhì)量，因此，寬帶IP網(wǎng)應(yīng)運而生。隨著一些關(guān)鍵術(shù)如IP Over DWDM, MPLS流量工程等出現(xiàn)。它可以提供能夠和ATM網(wǎng)相當?shù)姆?wù)質(zhì)量，可以實現(xiàn)無縫連接多種不同網(wǎng)絡(luò)的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)。寬帶IP網(wǎng)為開拓新的寬帶數(shù)據(jù)通信和寬帶交互式媒體新業(yè)務(wù)提供了平臺。IP網(wǎng)絡(luò)對多媒體通信的需求也在日溢膨脹。為此，國際電聯(lián)（ITU）制定了H.323標準，使得在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)上進行視頻傳輸成為可能。 以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的寬帶IP網(wǎng)必將融合三大網(wǎng)絡(luò)即：有線電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)的先進技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源，成為未來信息公路的主流。 　　

3 IP視頻傳輸

　　3．1 網(wǎng)絡(luò)多媒體的應(yīng)用要求 　

　　因為多媒體信號是交互的互動的，它對網(wǎng)絡(luò)提出了以下的應(yīng)用要求：

　　（1） 吞吐(throughtput)的要求，是指對高傳輸帶寬，大存儲緩沖帶寬的要求，和對流量的控制。
　　（2） 可靠性的要求：在這里對可靠性的要求不是重點。適當?shù)臄?shù)據(jù)丟失不會過多影響視頻播出的實際效果。
　?。?） 網(wǎng)絡(luò)延時要求：對網(wǎng)絡(luò)延時，抖動要求較高，因為多媒體視頻流對網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和抖動比較敏感。如傳輸?shù)囊曨l信號與音頻信號必須同步等。

　　3．2 IP組播

　　IP組播，英語原文IP Multicast ，也可譯為“成組通信”。1999年IP組播具有了發(fā)展的三個關(guān)鍵條件：①支持IP組播的路由協(xié)議；②使用開放標準的可測試管理協(xié)議；③發(fā)展的商業(yè)機遇。從而使其進入高速發(fā)展階段。 IPv4定義了3種IP數(shù)據(jù)通信方式：①點點通信；②全網(wǎng)廣播；③組播。點點通信是指兩個IP地址間進行的數(shù)據(jù)通信；全網(wǎng)廣播是指在IP子網(wǎng)內(nèi)向所有網(wǎng)內(nèi)IP地址以廣播的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包，所有子網(wǎng)內(nèi)的IP站都能收到全網(wǎng)廣播；組播是指在IP網(wǎng)上對一組特定IP地址進行數(shù)據(jù)傳送，是居于以上①與②之間的通信方式。 對IPv4定義的3種數(shù)據(jù)通信方式比較我們發(fā)現(xiàn)，IP組播具有明顯區(qū)別于①、②方式的特點：某個IP站點向IP網(wǎng)多個站點發(fā)送數(shù)據(jù)時，可減少不必要的重疊發(fā)送，可有效地利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬，可減少網(wǎng)絡(luò)延時與抖動。IP成組通信的可靠性較之①、②方式差些。

　　3．3 IP視頻應(yīng)用要求

　　因為網(wǎng)上信息的交互性和互動性，使網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸量日益劇增，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠繌絾栴}是突出的！在多媒體應(yīng)用中，視頻傳輸帶來的網(wǎng)絡(luò)帶寬問題更突出些。當n個IP地址同時接收網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻流時，設(shè)每個視頻流所需傳輸帶寬為1.5M，按現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所需帶寬為n*1.5M，同時會帶來無法忍受的網(wǎng)絡(luò)延時和抖動?，F(xiàn)有的大部分網(wǎng)絡(luò)多是使用TCP/IP點到點的協(xié)議構(gòu)置，因此我們研究的重點是如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件下不作過多的改變來實現(xiàn)視頻的傳輸，即IP組播解決方案要與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)兼容。 如前所述：多媒體視頻流對數(shù)據(jù)可靠性要求不高，適當?shù)臄?shù)據(jù)丟失不會過多影響視頻播出的實際效果。雖然多媒體視頻流對網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和抖動比較敏感，而IP組播在網(wǎng)絡(luò)中延時與抖動是很少的。所以用IP成組通信來傳輸IP視頻信號是可行的。

4 用IP組播實現(xiàn)視頻傳輸?shù)囊环N方法和它的特點

　　目前在IP網(wǎng)上提供視頻服務(wù)的方式主要有兩種:

　　1)完全利用路由器的Multicast技術(shù)，不需另加服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)，但會增加路由器負擔，有“廣播風暴”危險，網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議也需調(diào)整。
　　2）利用軟件和服務(wù)器，在整個IP寬帶網(wǎng)上迭加一個處理流媒體的迭加網(wǎng)，由迭加網(wǎng)實現(xiàn)點到多點組播、媒體流路由和多點注入等功能。 我們所用的視頻服務(wù)方式為2)方案。具體的說就是：計算機配合專用軟件組成服務(wù)器，實現(xiàn)實時控制。控制的目是：對于多媒體視頻服務(wù)器端，必須具有最大效率發(fā)送機制，也就是說，系統(tǒng)能夠最大限度地在最短時間內(nèi)響應(yīng)和滿足從多媒體視頻接收端送來的視頻請求，一次完成指向需求用戶所有地址的數(shù)據(jù)發(fā)送，計算機實時控制系統(tǒng)隨時監(jiān)控視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量，同時自動調(diào)整帶寬等。當然傳輸方法的實現(xiàn)能與目前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施兼容?！　?br />　　以上方案實施過程中，計算機（服務(wù)器）時刻監(jiān)控著系統(tǒng)，達到盡可能好的廣播質(zhì)量和高效率，絕不用發(fā)生辟如“廣播風暴” 等危險。 根據(jù)以上要求我們設(shè)計了如下系統(tǒng)，它由四部分組成它們是：視頻發(fā)送、視頻轉(zhuǎn)發(fā)、視頻接收、視頻控制。以下具體說明各部份的功能：

　　① 視頻發(fā)送 　　

　　視頻發(fā)送為預(yù)制視頻或者稱為實時視頻，它可以是獨立的計算機，也可以與第一級“視頻轉(zhuǎn)發(fā)”單元共用一臺計算機。具體地說，我們先將視頻按MPEG－1 編碼技術(shù)進行實時視頻壓縮，此格式的數(shù)碼率為1.5Mbit/s，圖象采用SIF格式（352х288），每秒30幀，兩路立體聲伴音。之所以按MPEG－1 編碼技術(shù)進行實時視頻壓縮，因為通過它壓縮后的視頻信號質(zhì)量令人滿意，而數(shù)碼率帶寬相對比較窄，有利于IP組播。（當然也可以用其它編碼技術(shù)）。然后我們將壓縮后的訊號送到視頻轉(zhuǎn)發(fā)端。訊號從視頻發(fā)送連接到視頻轉(zhuǎn)發(fā)是點到點的傳輸（此單元屬于IPv4的通信方式①）。

　?、谝曨l轉(zhuǎn)發(fā)

　　視頻轉(zhuǎn)發(fā)主要作用，是將從視頻發(fā)送端發(fā)送來的視頻信號，通過IP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給視頻接收端或下一級的視頻轉(zhuǎn)發(fā)端。它是IP組播傳輸視頻信號的核心，視頻信號用IP組播方式轉(zhuǎn)發(fā)，即對一組特定IP地址（同一類請求的用戶）進行數(shù)據(jù)傳送。視頻轉(zhuǎn)發(fā)，由轉(zhuǎn)發(fā)計算機（服務(wù)器）完成。

　?、垡曨l接收

　　視頻接收是用戶的多媒體終端。當然要求用戶的多媒體終端設(shè)備，須能支持IP組播。

　　④視頻控制

　　其主要功能是對轉(zhuǎn)發(fā)站點進行控制，用來建立和管理轉(zhuǎn)發(fā)站點上的IP組播數(shù)據(jù)組的傳輸。控制系統(tǒng)要最大限度地滿足，完成指向需求用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送，同時密切注意視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。具體的說就是，要盡可能多地為同類請求用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，但要在允許的帶寬范圍之內(nèi)。這個帶寬，是通過計算機實時控制的，計算機實時控制系統(tǒng)隨時監(jiān)控視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量，自動調(diào)整帶寬；同時對網(wǎng)絡(luò)其它各項參數(shù)也實現(xiàn)實時監(jiān)控?？梢娨曨l控制，實質(zhì)上也就是計算機的實時控制。計算機實時控制的好環(huán)真接決定了IP組播效果。 　

　　此方案的關(guān)鍵技術(shù)是合理的視頻轉(zhuǎn)發(fā)，尋求最大的效益，又有滿意的傳輸質(zhì)量。此方案的實現(xiàn)，得益于計算機的實時控制技術(shù)。 我們用此方法在100MEthernetLAN網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)實時網(wǎng)絡(luò)IP組播視頻傳輸?shù)脑嚥ィ瑐鬏擬PEG－1視頻信號（每個視頻流帶寬1.5M），視頻信號傳輸效果良好。證明以上方案是可行的。