基于RTP的网络VTS视频音频传输研究
摘要
随着经济的快速增长,我国的水上交通运输事业取得了长足的进步与发展。但是,船舶交通流量的急剧增加和通航环境的更加复杂给我国的海上交通管理提出了更高的要求。加强近岸水域的安全管理、船舶航行的有序组织、搜寻救助的协调指挥是目前提高近岸船舶安全管理急需解决的问题。尤其是在海上应急突发事件的处理中,通过VTS的信息共享使得远程决策者及时获得直观实时的语音以及视频图像,实现交互式面对面指挥成为国际上海上应急指挥的一种趋势。
IP网络的设计初衷仅仅是处理非实时数据,提供尽力而为的服务。而语音视频的传输对实时性有很高的要求,如果采用TCP协议,则由于TCP的检错和重传机制会大大增加数据包的延时,不适合实时性的要求,而如果单纯的采样UDP协议,由于UDP不提供任何的服务质量保障,传输质量也不理想。RTP协议是针对IP网上的语音、图像、传真等多媒体数据的一种网络实时传输协议,通过RTP/RTCP与UDP相结合可以在满足实时性要求的同时提供服务质量保证。
本文首先介绍了目前网络VTS信息共享的网络架构、现状问题以及关键技术,接着对于语音视频网络传输遇到的问题进行了阐述,并深入分析了在UDP下进行语音视频传输的实时传输协议和实时传输控制协议。然后对远程语音视频传输系统进行了设计,并对关键模块和通信网络的选择做了分析。最后详细说明了通信过程的建立以及RTP实时传输协议库的实现,对传输服务质量中的时延抖动和流量控制进行了分析和改进,并进行了仿真和实验。
With the rapid development of economic, the maritime traffic of our country makes a great progress in recent years. However, the rapid increase in ship traffic flow and the more complex navigation environment have put forward higher requirements to our country's maritime traffic management. Strengthen the safety management in the inshore waters, organize the navigation order, coordinate and command the search and rescue. Those are urgently problems which needed to be solved to improve coastal ship safety management. Especially in dealing with emergencies at sea, by sharing the information of VTS, the remote decision-makers can timely access to intuitive real-time voice and video images, realize face to face interactive command which has become a trend of international maritime emergency command.
Designed to handle non-real time data transmission, Internet can only provide "best effort" service. However Audio/Video transmission asks for high real-time performance. TCP doesn't meet this requirement for its error detection and retransmission mechanism. If we singly adopt UDP, transmission quality will be very poor, because UDP doesn't provide any quality of service. RTP protocol is a real-time network transmission protocol of the IP internet for voice, image, fax and other multimedia data. Combining RTP/RTCP and UDP together will meet real-time requirements and assurance quality of service at the same time.
Firstly, he described the information-sharing network structure; current problems and key technologies of the current network VTS, then expounded the problems in voice-video network transmission, and gave an in-depth analysis of Real-time Transport Protocol and Real-time Transport Control Protocol carrying out audio and video transmission combine with UDP. Afterwards he designed a remote audio and video transmission system, and analyzed the choice of the key modules and communication networks. Finally, made a detailed description of the establishment for communication process and the implementation of RTP Real-time Transport Protocol library, analyzed and improved the delay jitter and flow control in transmission service quality.
IP网络的设计初衷仅仅是处理非实时数据,提供尽力而为的服务。而语音视频的传输对实时性有很高的要求,如果采用TCP协议,则由于TCP的检错和重传机制会大大增加数据包的延时,不适合实时性的要求,而如果单纯的采样UDP协议,由于UDP不提供任何的服务质量保障,传输质量也不理想。RTP协议是针对IP网上的语音、图像、传真等多媒体数据的一种网络实时传输协议,通过RTP/RTCP与UDP相结合可以在满足实时性要求的同时提供服务质量保证。
本文首先介绍了目前网络VTS信息共享的网络架构、现状问题以及关键技术,接着对于语音视频网络传输遇到的问题进行了阐述,并深入分析了在UDP下进行语音视频传输的实时传输协议和实时传输控制协议。然后对远程语音视频传输系统进行了设计,并对关键模块和通信网络的选择做了分析。最后详细说明了通信过程的建立以及RTP实时传输协议库的实现,对传输服务质量中的时延抖动和流量控制进行了分析和改进,并进行了仿真和实验。
With the rapid development of economic, the maritime traffic of our country makes a great progress in recent years. However, the rapid increase in ship traffic flow and the more complex navigation environment have put forward higher requirements to our country's maritime traffic management. Strengthen the safety management in the inshore waters, organize the navigation order, coordinate and command the search and rescue. Those are urgently problems which needed to be solved to improve coastal ship safety management. Especially in dealing with emergencies at sea, by sharing the information of VTS, the remote decision-makers can timely access to intuitive real-time voice and video images, realize face to face interactive command which has become a trend of international maritime emergency command.
Designed to handle non-real time data transmission, Internet can only provide "best effort" service. However Audio/Video transmission asks for high real-time performance. TCP doesn't meet this requirement for its error detection and retransmission mechanism. If we singly adopt UDP, transmission quality will be very poor, because UDP doesn't provide any quality of service. RTP protocol is a real-time network transmission protocol of the IP internet for voice, image, fax and other multimedia data. Combining RTP/RTCP and UDP together will meet real-time requirements and assurance quality of service at the same time.
Firstly, he described the information-sharing network structure; current problems and key technologies of the current network VTS, then expounded the problems in voice-video network transmission, and gave an in-depth analysis of Real-time Transport Protocol and Real-time Transport Control Protocol carrying out audio and video transmission combine with UDP. Afterwards he designed a remote audio and video transmission system, and analyzed the choice of the key modules and communication networks. Finally, made a detailed description of the establishment for communication process and the implementation of RTP Real-time Transport Protocol library, analyzed and improved the delay jitter and flow control in transmission service quality.
引文
[1]刘人杰,柳晓鸣等.船舶交通管理电子信息系统.大连：大连海事大学出版社,2006.
[2]交通部.国家水上交通安全监管和救助系统布局规划,2006.
[3]张哲.基于网格概念构建海事信息信息服务的研究：(硕士学位论文).大连：大连海事大学,2006.
[4]杰夫·凯尔斯著.于全译.分布式网络化作战.北京：北京邮电大学出版社,2006.
[5]中华人民共和国海事局译.国际航标协会助航指南.北京.人民交通出版社.2003.
[6]http://rfc.net/rfc1889.html
[7]沈鑫剡.多媒体传输网络与VoIP系统设计.北京：人民邮电出版社,2005
[8]何忠龙,陈萱华,曹迎槐.多媒体通信技术.北京：北京希望电子出版社,2006
[9]杜根远.基于RTP的实时音频传输系统研究.微计算机信息,2006,22(5)：436-438.
[10]吴国勇,邱学刚,万燕仔.网络视频流媒体技术与应用.北京：北京邮电大学出版社,2001
[11]邢晓春.基于区域网的VTS网络化建设：(硕士学位论文).大连：大连海事大学,2003.
[12]孟宪宏.船舶交通管理系统功能扩展完善的研究与设计：(硕士学位论文).大连：大连海事大学,2006.
[13]Recommendation On Operational and Technical Performance Requirements for VTS Equipment IALA Recommendation V-128,2005.
[14]Recommendation on Automatic Identification System(AIS) Shore Station and networking aspects relating to the AIS Service. IALA Recommendation A-124,2002.
[15]Recommendation on the Implementation of Vessel Traffic Services. IALA Recommendation V-119,2000.
[16]文临丰.基于CORBA的VTS系统信息网络化的研究：(硕士学位论文).大连：大连海事大学,2006.
[17]谢希仁.计算机网络(第四版).北京：电子工业出版社,2006.
[18]冯兵兵.基于RTP协议的远程心电监护系统：(硕士学位论文).北京：北京交通大学,2007.
[19]黄永峰.因特网语音通信技术及其应用.北京.人民邮电出版社,2002.
[20]詹青龙.网络视频技术及应用.西安：西安电子科技大学出版社,2004
[21]朱志祥.王瑞刚.IP网络多媒体通信技术及应用.西安：西安电子科技大学出版社,2007
[22]吴炜.多媒体通信.西安：西安电子科技大学出版社,2008
[23]周金星.Internet多媒体数据流实时传输协议的研究及其应用.计算机工程与应用,2002,21：164-166.
[24]黄永峰.IP网络多媒体通信技术.北京.人民邮电出版社.2003.
[25]周亚文.视频信号网络传输服务质量和实时传输协议.计算机工程,2004,30：247-249.
[26]刘坚,屈卫东.基于RTP的MPEG-4视频传输和多媒体同步.计算机应用与软件,2007,24(2)：151-153.
[27]王晓方.基于网络传输的视频系统的研究：(硕士学位论文).西安.西安电子科技大学,2005
[28]刘浩,胡栋.基于RTP/RTCP协议的IP视频系统设计与实现.计算机应用研究,2002,10：140-143.
[29]朱鹏,李春文.基于RTP的网络视频传输系统的设计与实现.计算机工程与应用,2003,39(26)：18-20.
[30]李燕灵,马瑞芳.基于RTP/RTCP的实时视频数据传输模型及实现.微型电子学与计算机,2005,22(8)：138-143.
[31]涂杰.MPEG-4在数字远程监控系统中的应用.计算机应用与软件,2004,21(2)：22-23.
[33]余兆明,李晓飞.MPEG标准及应用.北京.北京邮电大学出版社.2002.
[33]许先斌.基于RTP包本地丢失恢复的MPEG-4多播应用模型.计算机工程与设计,2004,26(4)：995-998.
[34]朱平.运用RTP协议实时传输MPEG-4流.计算机工程与设计.2003.24(2)：57-58.
[35]黄玉发.流媒体和视频服务器原理.北京.机械工业出版社,2003.
[36]毕厚杰.多媒体信息的传输与处理.北京.人民邮电出版社.2002.
[37]朱鹏,李春文.基于RTP的网络视频传输系统的设计与实现.计算机工程与应用,2003,39(26)：18-20
[38]林志勇,陈意云.分布式多媒体系统中的媒体同步.小型微型计算机,2003,24(3)：444-447.
[39]付博文,张胜男.实时传输协议在流媒体中的应用.沈阳工业大学学报,2006,28(2)：161-164.
[40]胡廉民.基于RTP协议的实时语音传输性能优化研究.乐山师范学院学报,2007,22(5)：22-24.
[41]Stephen D.Burd著.郭新房译.系统体系结构.北京：清华大学出版社,2007.
[42]张友生著.软件体系结构.北京：清华大学出版社,2006.
[43]求实科技.音视频编解码技术及实践.北京：人民邮电出版社,2006
[44]李兴林.交通专用通信网的现状、面临的形势及其发展.通信世界,2006,17：46-48.
[45]Levente Tamasi, Design of survivable VPN based VOIP networks.IEEE,2005.
[46]姚领田.精通MFC程序设计.北京：人民邮电出版社,2006
[47]孙鑫,余安萍.VC++深入详解.北京.电子工业出版社,2006.
[48]潘爱民译.Visual C++技术内幕(第五版).北京.清华大学出版社.2003.
[49]冀振燕.UML系统分析设计与应用案例.北京：人民邮电出版社,2003
[50]汪晓平,钟平.Visual C++网络通讯协议分析与应用实现.北京：人们邮电出版社，2003.
[51]徐昌彪,鲜永菊.计算机网络中的拥塞控制与流量控制.北京.人民邮电出版社.2007.
[52]雷振明,张铁博.一种改进的RTP自适应算法.高技术通讯.2002.10.(8)：9-12.
[53]章程,李建华.实时视频传输的反馈拥塞控制策略.计算机工程,2002,30：161-163.
[54]VECIANA. Stability and performance analysis of networks, supporting service with rate control could the Internet be unstable. ProcIEEE acision and control.1999.802-810
[55]安晖,刘平.一种实时应用流控制算法.微型机与应用：2003(10)：33-34.
[56]林志勇.分布式多媒体系统中的媒体同步.小型微型计算机,2003,24(3)：444-447.
[57]于斌,孙斌,温暖.NS2与网络模拟.北京.人民邮电出版社.2006.
[58]http://www.isi.deu/nsnam/ns/
[59]徐雷鸣,庞博,赵耀.NS与网络模拟.北京.人民邮电出版社.2003.
[60]Kevin Fall,Kannan Varadhan.The NS Manual.Octobr 14.2000.
[2]交通部.国家水上交通安全监管和救助系统布局规划,2006.
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