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1、己口口7 年 月瓷i 黾亳簧。黥懑添嚣藿馨藿馨藿馨藿馨藿馨藿鏊藿鏊誊i l j j i|i|i|E t基于R T P 与D i r e c t S h o w 的网络视频邹纯宏苑惠娟赵婷婷(哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院通讯系哈尔滨1 5 0 0 8 0)摘要：为了解决远程视频监控系统数据量大、实时性要求高的特点，本文提出了一种基于网络实时传输的视频监控系统，并且描述了该系统的技术原理与设计方案。本文介绍了系统中几个主要模块的工作方式以及关键技术，并详细阐述了利用H tt p 协议实现流媒体播放的控制方法，利用R T P 协议实现数据传输的策略，以及应用D i r e c t s h o
2、 w 技术进行应用程序开发的实现流程，最终完成了基于M P E G 4 压缩格式视频流的传输与播放控制。该解决方案具有良好的可重用性和可扩展性。关键词：流媒体；M P E G 4 标准；R T P；D i r e c t S h o wN e t w o r kV i d e os u r V e i U a n c es y s t e mb a s e do nR T Pa n dD i r e c t S h o wZ。uC h u n h o n gY u a nH u i j u a nZ h a o T i n g t i n g(T e s t i n g _ M e a s u
3、 r i r 培T e c h n 0 1 0 9 ya n dC o m m u n i c a t i o nE n g i n e e r i n gC 0 1 1 e g e，C o m m u n i c a t c o nE n g i n e e r i n g，H a r b i nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n 0 1 0 9 y，H a r b i n1 5 0 0 4 0)A b s t r a c t：I、h em u l t i m e d i av i d e os u r v e i l l a
4、n c ec o n t r o ls y s t e mb a s e do nn e t w o r kw a sp u t o r w a r dt or e s o l v et h el o to d a t ai nt h el o n g _ d i s t a n c ev i d e os u r v e i l l a n c ea n dr e a lt i m et r a n s m i s s i o n T h ep r i n c i p l ea n ds c h e m eo ft h es y s t e mw a si n t r o d u c e d
5、i nt h i sp a p e r T h er e a l i z a t i o no fk e yt e c h n O l o g yw a sd e s c r i b e di nd e t a i l H o wt ou s eH t t pp r o t o c 0 1t oc o n t r 0 1s t r e a m i n gm e d i ap l a y，h o wt or e a l i z et h en e t w o r kt r a n s m i s s i o nb yR T Pa n dh o wt op r o g r a mb yD i r
6、e c t S h o ww e r ea n a l y z e dc o n c r e t e 一1 y U l t i m a t e l yt h ev i d e ot r a n s m i s s i o nc o n t r o la n dd i s p l a yo ft h eM P E G 4w a sa c c o m p l i s h e d T h es c h e m eh a st h eg o o dq u a l i t yo fr e u s ea n de X p a n s i b i l i t y K e)o r d s：s t r e a
7、m i r 培m e d i a；M P E G 4c r i t e r i o n；R T P；D i r e c t S h o wO 引言随着数字视频压缩编码技术的成熟、多媒体计算机性能的提高和网络带宽的增大，远程视频监控成为当今监控技术的主流，它集多媒体技术、网络技术为一体，可广泛应用于工业控制、交通、智能家居等各种场合。网络视频传输涉及到传输协议、视频压缩、流媒体传输等技术。流媒体在播放前不用下载整个文件，数据流随时传送随时播放，流式传输是流媒体实现的关键技术。本文描述了基于R T P 协议和D i r e c t S h o w 技术实现的网络视频监控系统，实现了对M P E G
8、 4 压缩格式视频流的传输与播放控制。1 基本原理1 1M P E G 4 标准M P E G 4 是基于对象的多媒体数据压缩标准，以高压缩率、高质量、低传输率成为网络多媒体传输的主要格式和标准。在网络传输中可以设定M P E G 4 的流速率，清晰度也可在一定的范围内作相应的变化，而且当在传输有误码或丢包现象时，M P E G 能迅速恢复。这些特性使得它更适于远程网络视频监控应用。本文描述的网络视频监控系统使用了M P E G 4 标准格式视频数据。1 2R T P 协议网络实时传输协议专门用于网络传输多媒体数据流。R T P 一般使用U D P 协议作为下层协议传输数据。R T P协议的设
9、计目的是提供实时数据传输中的时间戳信息以及各数据流的同步功能，它能够提供序列号字段使接收方通过检测收到的分组序列号判断是否有分组丢失，并重新恢复发送时的分组顺序。1 3D i r e c t s h o w 技术D i r e c t S h o w 是建立在D i r e c t x 媒体层之上的技术，提供了一个开放的开发环境，开发人员通过组合、控制具有不同功能的F i l t e r 来实现所需的应用，从而使开发人员从复杂的数据传输、硬件差异、同步性等工作中解脱出来。D i r e c t S h o w 使用F i l t e rG r a p h 管理整个数据流的处理过程，参与数据处理
10、的各个功能模块叫做F i l t e r，各个F i l t e r 在F i l t e rG r a p h 中按一定的顺序连接成一条“流水作者简介：邹纯宏(1 9 7 9)，女，硕士研究生，主要研究方向为检测技术与自动化装置。4 3 万方数据图建立起相应的F i l t e rG r a p h，然后通过F i l t e rG r a p hM a n a g e r 来控制整个数据处理过程并与应用程序交互。D i r e c t S h o w 与应用程序的关系如图1 所示。应用程序命令事件D i r e c t S h o wF i I t e rG m p hM a n a g
11、e os o u r c eL lT 鬯?8 f o”L lR e n 捌n gF i I t e r s 广一lF i I t e r s 广一li i I t；r s。图1D i r e c t S h o w 与应用程序的关系本文描述的网络视频监控系统中使用D i r e c t S h o w 技术开发流媒体播放控制应用程序。2 网络视频监控系统设计2 1 网络视频监控系统整体结构图2 中，图像采集端是一个网络摄像机，它具有独立的I P 地址，并提供H t t p 服务器功能。图像采集设备可按设置参数改变图像大小、帧率、波特率。采集的图像数据存人数据缓冲区，R T P 发送模块按R T
12、 P 协议分包并发送。操作与硅示界而幽像采集发备f 视频硅示J M P E G 4 数据1口戛垂固i i 习l 控制命令 翌巫垂i l 控制命令f 视频数据ll 亘豳匪巫回 亟竭匪匝圃f R T P 流I R T P 流f。w i ns()c k e ts o c k e tu D P T c P I PT P u D 爿I PN e t w o r kD r i v e rN e t w()r kD r i v e r】删络图2网络视频监控系统整体结构图像接收与控制端是一个W i n d o w s 应用程序，R T P接收模块接收R T P 包并按一定策略组包、组包后的视频数据经过D i
13、r e c t S h o w 处理在用户界面显示，用户可以设置图像大小、帧率与波特率并通过H t t pC l i e n t 发送到图像采集端，同时控制播放的开始和停止。2 2 网络视频监控系统概要处理流程(1)图像接收与控制端通过H t t p 服务与图像采集端建立连接；(2)图像接收与控制端可通过H t t p 服务设置和获取U D PP o r t 口及网络摄像机默认参数等信息；(3)图像接收与控制端通过H t t pC l i e n t 发送开始命令；(4)图像接收与控制端启动R T P 接收模块监视U D P4 4己口口7 年 月篱杀亳甏3 懿。蘩添添添添鋈了开始命令就控制图像
14、采集(6)当图像接收与控制端通过H t t pC 1 i e n t 发送停止命令时、图像采集端停止工作；(7)此时两端连接依然存在，除非用户退出应用程序，否则随时可再启动开始。3 关键技术实现3 1R T P 传输控制R T P 是U D P 的上层协议，而U D P 是一种无连接的传输数据报文协议，它本身不能为按顺序传送数据分组提供可靠的传送机制，为此需要考虑R T P 分包与组包策略及传输缓存管理方法，以保证R T P 接收线程与播放线程之问的同步管理，使传输效率最佳。3 1 1R T P 发送方分包策略R T P 发送方将M P E G 4F r a m e 按照M T U(最大传输单
15、元)进行分割传输，保证每个R T P 数据包中不存在2 个或多个F r a m e 信息，并按照R T P 协议给每个数据包添加上R T PH e a d e r。数据分割处理遵守R F C 3 0 1 6 规定。R F 3 0 1 6 标准中建议不要在一个R T P 包中映射多个V O P，这样可以保证R T P 时问戳能唯一地表示V O P 分帧时间，并且无需在M P E G 4 视觉R T P 负载格式中定义额外的R T P 包头。由于第一个R T P 包需要传输V S V O V O LH e a d e r信息，分包方法如图3 所示。R T PV SV oV o LV o PV o
16、PH e a d e oH e a d e oH e a d e oH e a d e oH e a d e of r a g m e n t(1)R T PV o PH e a d e rf r a g m e n t(2)图3R T P 分包当F r a m e 大于M T U 时，使用固定大小分割V o P；当F r a m e 小于M T U 时，每一个F r a m e 占用一个R T P 包。3 1 2R T P 接收方接收控制R T P 接收方除控制接收开始与停止外，还需要考虑数据包缓存管理F r a m e 组成、通信异常处理。数据包缓存管理采用双缓存方法：第一级缓存使用双向链
17、表队列实现R T P 数据包收缓存、F r a m e 组成、传输异常处理功能；第二级缓存使用循环队列实现数据F r a m e缓存。两级缓存的大小根据F r a m eS i z e 与F r a m eR a t e 进行动态设置，缓存的使用方法如图4 所示。图4 缓存管理 万方数据图5 组包概要处理流程通信异常处理有以下3 种情况：(1)R T P 数据包顺序异常：R T P 数据包接收时发现R T P 数据包中标记的S E Q(s e q u e n c en u m b e r)号比上一个R T P 数据包的S E Q 号小、将R T P 数据包插入到缓存B u f f e r 中，
18、继续接收其他R T P 数据包。(2)R T P 数据包丢失：组帧时发现R T P 数据包中S E Q 号不连续、删除缓存中与F r a m e 相关的所有R T P 数据包、并向下查找新的IF r a m e 头R T P(M P E G 4 数据流每秒1 个IF r a m e 和多个PF r a m e，IF r a m e 丢失则后继PF r a m e 不能被解码)。(3)R T P 数据包逞延：R T P 数据包接收时发现R T P数据包中标记的S E Q 号比R T P 缓存队列中最小的S E Q号还小的情况，则认为R T P 数据包延迟，丢弃。3 2D i r e c t S
19、h o w 实现流媒体播放选择D i r e c t S h o w 技术实现M P E G 4 视频流播放功能，D i r e c t S h o w 技术采用以下方式将f i l t e r 与f i l t e r 进行连接，连接点称为P i n。i r e c t S h o w 结构图如图6 所示。陋等匦画乎匝到T 僦兽”巨斗匠画R 怒“l图6D i r e c t S h o w 结构图由于需要播放的媒体属于M P E G 4 标准数据流，因此不需要自己开发变换过滤器(d e c o d e rf i l t e r)。D i r e c t S h o w会自动选择可以解码E G
20、 4 的解码器。如果本机系统安装了第三方的视频播放器，可能本次播放会选择其M P E G 4 解码器进行解码；如果本机系统没有安装其他视频播放器，则D i r e c t S h o w 会选择微软自带的M P E G 4 解码器进行解码播放。流播放功能实现需要一个源过滤器(s o u r c ef i l t e r)来实现网络M P E G 4 流媒体的采集，以及一个过滤器图表管理器实现D i r e c t S h o w 与应用程序的交互。C S o u r c e 类继承而来，已经具备了F i l t e r 相关的属性和功能，将通过R T P 接收来的M P E G 4F r a
21、m e 数据推入到相关解码器中进行解码。(3)C S t a k e O u t F i l t e r P u s h P i n 类：用于实现s o u r c emt e r 上的O u t p u tP i n。从D i r e c t S h o w 提供的C S o u r c e St r e a m 类继承而来，已经具备了F i l t e rP i n 相关的属性和功能，需定制以下方法：在F i l t e rG r a p h 连接时，向D i r e c t S h o w 提供媒体数据类型，以便控制播放并检测、连接合适的d e c o d e r；设定S a m p l
22、 e 分配器属性及S a m p l e 大小；将M P E G 4 数据插入到数据播放流中，并根据F r a m eR a t e 为每个F r a m e 打上播放时间戳。4 结束语本文实现了上述基于网络的M P E G 4 视频流监控系统，该系统具有低丢包率、时延小、容错能力强等优点。针对本系统开发的应用程序在局域网中经过测试，运行正常。参考文献 1 施博学，王志良，刘冀伟基于R T P 实时远程图像传输研究与实现 J 微计算机信息，2 0 0 5，1 8(2 2)：1 7 8 1 7 9 2 陆其明D i r e c t s h。w 开发指南 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 3：
23、8 1 1 3 樊振萍，唐继勇基于R T P 协议和M P E G 4 的流媒体系统分析与实现 J 西部广播电视，2 0 0 4，1 0：1 0 一1 2 4 田毅柯，卢朝阳，高西全M p e 酗视频标准及其算法 J 现代电子技术，2 0 0 2，1：3 84 1 5 李向阳，卞得森流媒体及其应用技术 J 现代电视技术，2 0 0 2，4：1 82 7 6 R F C3 5 5 0 一2 0 0 3，R T P：At r a n s p o r tp r o t o c 0 1f O rr e a l 一t i m ea p p l i c a t i o n s s 4 5 万方数据基于RT
24、P与DirectShow的网络视频监控系统基于RTP与DirectShow的网络视频监控系统作者：邹纯宏，苑惠娟，赵婷婷，Zou Chunhong，Yuan Huijuan，Zhao Tingting作者单位：哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院通讯系,哈尔滨,150080刊名：国外电子测量技术英文刊名：FOREIGN ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY年，卷(期)：2007，26(3)引用次数：1次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.施博学.王志良.刘冀伟 基于RTP实时远程图像传输研究与实现期刊论文-微计算机信息 2005(2)2.陆其明 DirectSh
25、ow开发指南 20033.樊振萍.唐继勇 基于RTP协议和MPEG-4的流媒体系统分析与实现期刊论文-西部广播电视 2004(10)4.田毅珂.卢朝阳.高西全 Mpeg4视频标准及其关键算法期刊论文-现代电子技术 2002(1)5.李向阳.卞得森 流媒体及其应用技术 2002(4)6.RTP:A transport protocol for real-time applications 2003 相似文献(10条)相似文献(10条)1.学位论文 王薇薇 校园流媒体直播服务器的设计与实现 2007 随着知识经济的到来，人们对于21世纪的人才培养模式、教育模式提出了新的挑战，发展创新教育、培养创新
26、型人才是我们面临的一个新的课题。在中职教育中采用多媒体教学模式，能够使学生充分利用校园的多媒体教学资源有效的提高自身的职业技能，以适应社会对复合人才的需要。目前，流媒体技术应用于网络教育上，使得传统意义上的课本式的教学方式转变为生动形象的影音模式，广播教学、语音教学、示范教学和教学点播等模式通过网络传播开来。本文详细阐述了流媒体直播服务器系统在中职学校中的设计与实现。流媒体直播服务器在中职学校中的实现突破了传统的“面授”教学模式，在校学生可以通过直播服务器系统在线收看教师授课，也可以从服务器中点播已存储的教师授课视频。本系统在教育教学手段上的创新主要有以下几点：1教师在上课需要播放视频文件时，
27、可以直接采用服务器上的视频资源，节省了磁盘空间，方便了教师授课。2对优秀教师的授课视频进行采集，各部门的教师可以在校园网的任何一个接入点进行实时观看，而不是通过传统的现场听课模式来增进教师间的交流。3把一些培训课程存储为.mp4文件，将大量的多媒体课件制作成音视频教育类媒体库，作为校园网资源，解决了学生多、教师资源少的矛盾。在实现技术上的创新有以下几点：1基于MPEG4IP项目进行二次开发，实现符合MPEG4标准的音视频数据。实现不同带宽用户对视频质量的需求。2采用SDL技术实现在Linux平台显示播放。3基于RTP/RTSP协议实现音视频数据的传输。校园流媒体直播服务器系统的设计与实现，使教
28、师的授课不再局限于黑板、粉笔，使教师之间的业务交流不再局限于传统的听课形式，而是可以通过计算机和网络，采用创新式的教学手段、生动形象的音视频教材对学生进行互动式的教学，通过从网上观看优秀教师的视频增进各教研室之间的业务交流，从而在整体上提高教师的教学水平和学生的职业技能。2.学位论文 陈沨 基于MPEG4的嵌入式流媒体传输系统的设计与实现 2004 本文的主要研究内容是基于MPEG4的嵌入式流媒体传输系统.该系统主要由视频采集模块、数字视频格式转换模块、MPEG4图像压缩模块和中央控制模块以及网络通信模块等组成.本文对流媒体传输系统所涉及的一系列关键技术及实现方法进行了深入而系统的研究.为了达
29、到网络视频传输实时性的要求.本系统采用MPEG4硬件压缩的方式,采用UDP协议加RTCP控制的网络通信机制.实现了嵌入式操作系统uClinux在MCF5272的移植,并着重研究了在uClinux中多进程同步机制信号灯机制的实现.该项研究成果已成功应用于国家863项目消防侦察机器人的数字图像无线传输系统中.本文还对图像压缩技术,尤其是MPEG4标准进行了深入的探讨,并详细介绍了本系统所涉及Linux操作系统的基础理论.3.期刊论文 李思.李丽 基于RTP/RTCP的网络视频监控系统-沿海企业与科技2008(12)根据实际需求,针对网络视频监控系统数据量大、实时性要求高等特点,文章提出基于MPEG
30、-4格式的远程视频监控系统的体系结构和逻辑模型,并详细阐述利用Http协议实现流媒体播放的控制方法和利用RTP协议实现数据传榆的策略,并在VC6.0环境下运用DirectShow框架实现一个基于PC的视频监控系统.该解决方案是基于软件编码方式,具有良好的可重用性和可扩展性.4.学位论文 涂宏峻 网络音频服务系统的设计与实现 2004 该篇论文将在第一部分主要引出一些背景知识以及相关的一些协议简介.第二部分介绍系统的整体结构和设计思路及方案选择分析.第三部分将详述流源,对于可能的两种源:1、实时采集并压缩;2、文件,进行具体问题具体分析.第四部分论述server作为流的接收和发布服务器的实现,采
31、用的协议以及需要注意的问题.第五部分叙述client的实现以及进一步的扩展.第六部分简述在实际应用中一些工具的制作,如文件制作工具,内容管理工具以及程序主要部分的配置文件等.第七部分是根据现有的一些流媒体发布模型对未来提出的一些想法和研究的方向.该篇论文以MPEG4标准以及RTP等传输协议为依托,侧重的不是某一个具体应用系统的设计,而是某一类应用系统可以抽象出来的底层框架的具体实现以及需要注意的一些问题,可以提供给上层应用根据实际需要做二次开发.该课题在代码的实现上偏重于音频,而在原理上并不局限于单一的音频源,完全有向视频、脚本等的进一步扩展的能力.5.会议论文 索贝数码科技股份有限公司 视音
32、频、流媒体、图像编码标准综述 2002 本文首先介绍了视频编码的MPEG标准的发展过程,重点介绍了ISO MPEG2和ISO MPEG4标准的层次结构和基本思想,然后介绍了流媒标准和音频编码标准.6.学位论文 刘翔 远程教学点播系统的设计与实现 2005 在知识经济时代，随着知识、信息急剧膨胀，传统的教师中心、课堂中心、教材中心的教育体系已不能满足时代和学习者的需要。因此需要引进以学习者为中心，以先进的教育技术为手段，以终生教育为指导思想的新型教育体系。远程教育是实现中国教育跨越式发展的有效途径，网上教学和远程教育正式成为高等教育的重要组成部分，而教学平台软件是网上教学实现的技术基础。设计开发
33、基于网络的远程教育系统，使之充分发挥网络多媒体技术的特点与优势，更有效的支持学习者富有创造性的个性化学习，是教育技术研究领域的重要课题。在研究了我国现代远程教育现状的基础上，提出了基于WWW的自主式非实时远程教学的辅助教学模式。为了提高远程教学的教学效果，提出了教师音视频与课程讲稿同步播放的课件模式，采用XML文档来存储课件信息，教师授课的音视频部分采用MPEG-4的压缩标准。为了保证良好的接收效果，教师授课的音视频部分采用流媒体技术在网络上传输。综合以上成果，开发了一个利用网络信息技术进行远程教育非实时教学和管理的综合性教育系统，它为学生提供课件点播、资料查询、自由讨论、教师答疑等一系列必要
34、的环节。整个系统是专门针对基于Internet和Intranet的多媒体应用而开发的新一代流式多媒体交互式系统。在视频播放的同时显示网页信息，而且视频流信息和网页信息同步更新，实现包括视频流课件、Word文件、PowerPoint文件、Html文件、Text文本文件、Asf文件、MP3文件、AVI文件、Wav文件、WMV文件、WMA文件等多种媒体资源的点播。由于系统采用标准的WWW技术，因此简单，易用，高效，便捷，适用于Internet上大范围、多用户的并发点播。系统对网络带宽要求较低，在每路视频小于300kbps的流量下，普通的100兆网就可以同时支持上百个用户的并发点播。系统采用G.723
35、.1、MPEG4标准的多媒体压缩算法，码速率和帧数可调，占用带宽少。用户交流部分为用户提供多种可选择的沟通和交流的渠道，来提高自主学习的质量。7.期刊论文 孔永锋.施伟斌.KONG Yong-feng.SHI Wei-bin 基于RTP&RTCP的MPEG4嵌入式-仪表技术2009(8)设计一个无线视频监控系统,系统的无线传输模块采用基于IEEE802.11g无线协议,视频的编解码采用成熟的MPEG4标准,流媒体传输采用RTP/RTCP协议,实现一个由软件完成编解码的实时无线视频传输系统.8.学位论文 张爱军 基于MPEG4的互动足球系统的设计与实现 2006 本文通过对MPEG-4技术的分析
36、，采用面向对象内容的思想对视音频实时传输进行了研究，涉及编解码、同步、交互机制和传输，重点研究和分析了MPEG-4标准的系统部分(ISOIEC144961)和网络传输部分(ISOIEC14496-6)，在此基础上设计了基于MPEG-4的互动足球客户服务端系统，包含对象描述符、场景描述符、流管理器、以及MP4文件格式的分析和设计，实现了场景编辑器和系统中基于对象内容工作的Filter组件。在流传输方面，所设计的系统参考了MPEG-4overIP系统标准，使用标准MPEG-4文件作为传输流媒体数据来源。在会话协议中，该系统设计并实现了实时流协议(RTSP)，以及会话描述协议(SDP)。在传输层协议
37、中，该系统采用以UDP为基础的实时传输协议(RTP)与实时控制协议(RTCP)，实现了流传输通道。在RTP封包和媒体流同步方面，互动足球系统采用了RFC3640做为封装标准，设计的流服务器既符合MPEG-4overIP系统标准，又实现了同步层功能。使用MPEG-4基于对象的编码理念，基于MPEG-4的互动足球系统对不同的对象采用的不同的编码方法，实现了对各种对象的操作及编辑，系统具有交互性与灵活性，MPEG-4应用于互动足球节目的播放，使得观众有了更大的自由度、更强的参与感。9.期刊论文 张童舟.ZHANG Tong-zhou 网络电视台的构建-南通大学学报（自然科学版）2006,5(1)文章
38、介绍了网络电视台的概念,运用比较的方法论述了流媒体的传播方式和标准的选择.通过一个网络电视台构建的实例,表明组播方式和MPEG4标准可适应网络电视台系统.10.期刊论文 孔永锋.施伟斌 基于RTP&RTCP的MPEG-4嵌入式Linux无线视频监控系统-安防科技2009(12)设计一个无线视频监控系统,系统的无线传输模块采用基于IEEE802.11g无线协议,视频的编解码采用成熟的MPEG4标准,流媒体传输采用RTP/KTCP协议,实现一个由软件完成编解码的实时无线视频传输系统.引证文献(1条)引证文献(1条)1.王天成.尹丽萍.毛征.魏福领.王亚丽 基于DirectShow的MPEG-4视频传输系统的研究期刊论文-国外电子测量技术 2007(11)本文链接：http:/