专利名称：一种基于tcp/udp混合协议的流媒体无线传输方法
—种基于TCP/UDP混合协议的流媒体无线传输方法技术领域
本发明属于音视频数据传输技术领域，具体涉及一种基于TCP/UDP混合协议的流媒体无线传输方法。
背景技术：
在目前的各种应急通信系统方案中，应急视音频通信终端与指挥中心的视音频数据传输主要基于3G等无线网络实施，在这种应用场合下，网络环境的复杂性要远远超过传统的有线网络，比如无线网络的低带宽、高误码等特点使得传统的基于有线网络设计的视音频通信终端效果总是不尽人意，表现为延时、抖动、花屏，甚至出现视音频传输中断等，而这在应急通信中是无法令人接受的。因此如何基于各类无线网络，尤其是电信、移动等公司的3G无线网络进行视音频数据的高质量传输是急需解决的一个现实问题。
目前应急通信采用的无线传输网络主要有两种:电信、联通的3G网络和移动的4G网络等公用无线宽带网络，或者专用无线电台。由于3G/4G等公用无线宽带网络无论是在网络覆盖面、无线网络应用成本等各个方面都存在非常明显的经济优势，这种网络也成为无线多媒体传输系统的主要网络。基于终端的标准化和应急通信系统的兼容性考虑，几乎所有应急通信平台均采用IP传输技术，因此目前的基于无线网络的多媒体通信传输技术也几乎全部是基于TCP/IP协议的，主要有以下两种:
(I)基于 UDP 协议。
UDP协议的特点是面向无连接的不可靠传输，也即UDP协议对分组的超时或丢弃不敏感。在有线网络中，由于网络的低误码率、高吞吐量，以及接收终端的强计算能力和纠错能力，因而在有线网络中，基于UDP协议的多媒体传输可以得到较好的效果。然而，相对于有线网络，无线网络中存在大量计算能力受限的弱终端，它们的纠错能力和缓存能力都较弱，所以对于分组的缺失非常敏感。更为严重的是，传统的单纯基于UDP协议的流媒体传输方式由于没有拥塞控制机制，所以在网络发生拥塞时仍然会向网络中注入大量数据包，导致发生拥塞的路由将分组丢弃，进而造成终端恢复视频质量的急剧下降，严重时将导致接收终端(解码器)崩溃。
(2)基于 TCP 协议。
最近的研究表明，越来越多的流式媒体采用TCP而非UDP作为传输协议。但是，目前TCP协议的实现(如TCP-Reno、TCP-NewReno, TCP-SACK)都把数据包的丢失作为网络拥塞的指示，进而将拥塞窗口减半，造成发送速率呈现较大的抖动性，影响了接收端的显示效果。尤其在无线高误码率网络下，丢包在很大程度上是由于链路错误而非拥塞，盲目进入拥塞控制，会导致网络利用率降低，影响接收效果。发明内容
针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于TCP/UDP混合协议的流媒体无线传输方法，该方法兼顾了数据传输效率以及传输可靠性，较好地实现了音视频数据基于无线网络的高质量传输。一种基于TCP/UDP混合协议的流媒体无线传输方法，包括如下步骤:(I)对待传输视频流中的I帧、P帧和B帧以及与视频流同步的音频流均进行数据分割，得到多个数据分片；(2)对于任一数据分片，对其封装数据包头后形成数据包；依此遍历每个数据分片;(3)采用UDP协议将所有数据包以初始传输速率vO依次从发送端传输至接收端；当接收端接收到第一个数据包后，接收端通过TCP协议主动与发送端建立控制信道；(4)接收端根据接收情况通过所述的控制信道向发送端发送控制信息包，发送端根据所述的控制信息包以重传数据包或调节传输速率。所述的数据包头内依次包含:帧类型、帧尾标记、数据压缩格式、序列号、时间戳和分片长度。所述的控制信息包内包含命令号、控制信息数据及其数据长度。所述的步骤(4)中，接收端通过对接收到的数据包进行解析，当t秒时间内接收端接收到的多个数据包连续完整，则接收端通过控制信道向发送端发送控制信息包K1。所述的步骤(4)中，接收端每接收到X个数据包后，通过对数据包进行解析判断这X个数据包是否连续；若否，则接收端根据缺失数据包的序列号构建控制信息包K2，并通过控制信道向发送端发送控制信息包K2 ;发送端接收到控制信息包K2后通过对其进行解析，将对应缺失的数据包重传给接收端。所述的接收端发送完一个控制信息包K2后，若m毫秒时间内还未收到控制信息包K2对应缺失的数据包，则接收端再次通过控制信道向发送端发送控制信息包K2。所述的接收端向发送端发送η个关于同一缺失数据包的控制信息包Κ2后，仍未收到该缺失的数据包，则接收端通过控制信道向发送端发送控制信息包Κ3 ;若发送端正在发送关于视频流的数据包且接收到控制信息包Κ3，则发送端停止发送视频流当前帧的数据包，并从当前帧的下一I帧的第一个数据包开始依次向接收端发送数据包。所述的发送端每接收到一个控制信息包Kl后，通过加速以传输速率Va向接收端发送数据包，va=(l+k)vi； Vi为加速前的传输速率，k为给定的调节系数。所述的发送端每接收到一个控制信息包K3后，通过减速以传输速率Vb向接收端发送数据包，vb=(l-k)Vj, Vj为减速前的传输速率，k为给定的调节系数。t、n、m、X均为大于O的自然数。本发明把UDP协议传输开销小、速度快、效率高但传输不可靠的特点与TCP协议传输开销大、效率低但传输可靠的特点相结合，采用UDP协议把视音频数据用固定长度的数据包头进行封装，同时通过自适应的数据发送速度进行视音频数据包发送，小数据量的数据重传、心跳等控制信息则通过TCP协议传输，从而解决了现有技术中只是利用TCP或UDP单一协议进行数据传输的传输效率与传输可靠无法兼顾的问题，很好地实现了基于无线网络的视音频数据的高质量传输。
图1为接收端的工作流程示意图。
图2为发送端的工作流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1和图2所示，一种基于TCP/UDP混合协议的流媒体无线传输方法，包括如下步骤:
(I)对待传输视频流中的I帧、P帧和B帧以及与视频流同步的音频流均进行数据分割，得到多个数据分片；每个数据分片以600个字节为单位，I帧、P帧、B帧或音频流的最后一个数据分片，可以为不足600个字节的数据分片。
I帧表示视频流中的关键帧，P帧表示当前帧与前一帧的差别，B帧表示当前帧与前后两帧的差别。
(2)对于任一数据分片，对其封装数据包头后形成数据包；依此遍历每个数据分片;
数据包的结构如表I所示；数据包头内依次包含帧类型、帧尾标记、数据压缩格式、序列号、时间戳和分片长度，其结构如表2所示:
表I
权利要求
1.一种基于TCP/UDP混合协议的流媒体无线传输方法，包括如下步骤: (1)对待传输视频流中的I帧、P帧和B帧以及与视频流同步的音频流均进行数据分害I]，得到多个数据分片； (2)对于任一数据分片，对其封装数据包头后形成数据包；依此遍历每个数据分片； (3)采用UDP协议将所有数据包以初始传输速率vO依次从发送端传输至接收端；当接收端接收到第一个数据包后，接收端通过TCP协议主动与发送端建立控制信道； (4)接收端根据接收情况通过所述的控制信道向发送端发送控制信息包，发送端根据所述的控制信息包以重传数据包或调节传输速率。
2.根据权利要求1所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:所述的数据包头内依次包含:帧类型、帧尾标记、数据压缩格式、序列号、时间戳和分片长度。
3.根据权利要求1所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:所述的控制信息包内包含命令号、控制信息数据及其数据长度。
4.根据权利要求1所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:所述的步骤(4)中，接收端通过对接收到的数据包进行解析，当t秒时间内接收端接收到的多个数据包连续完整，则接收端通过控制信道向发送端发送控制信息包Kl，t为大于O的自然数。
5.根据权利要求1所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:所述的步骤(4)中，接收端每接收到X个数据包后，通过对数据包进行解析判断这X个数据包是否连续；若否，则接收端根据缺失数据包的序列号构建控制信息包K2，并通过控制信道向发送端发送控制信息包K2 ;发送端接收到控制信息包K2后通过对其进行解析，将对应缺失的数据包重传给接收端，X为大于O的自 然数。
6.根据权利要求5所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:所述的接收端发送完一个控制信息包K2后，若m毫秒时间内还未收到控制信息包K2对应缺失的数据包，则接收端再次通过控制信道向发送端发送控制信息包K2，m为大于O的自然数。
7.根据权利要求6所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:接收端向发送端发送η个关于同一缺失数据包的控制信息包Κ2后，仍未收到该缺失的数据包，则接收端通过控制信道向发送端发送控制信息包Κ3 ;若发送端正在发送关于视频流的数据包且接收到控制信息包Κ3，则发送端停止发送视频流当前帧的数据包，并从当前帧的下一 I帧的第一个数据包开始依次向接收端发送数据包，η为大于O的自然数。
8.根据权利要求4所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:所述的发送端每接收到一个控制信息包Kl后,通过加速以传输速率Va向接收端发送数据包,Va=(I^k)VyVi为加速前的传输速率，k为给定的调节系数。
9.根据权利要求7所述的流媒体无线传输方法，其特征在于:所述的发送端每接收到一个控制信息包K3后,通过减速以传输速率Vb向接收端发送数据包，vb= (l_k) Vj, Vj为减速前的传输速率，k为给定的调节系数。
全文摘要
本发明公开了一种基于TCP/UDP混合协议的流媒体无线传输方法，该方法把UDP协议传输开销小、速度快、效率高但传输不可靠的特点与TCP协议传输开销大、效率低但传输可靠的特点相结合，采用UDP协议把视音频数据用固定长度的数据包头进行封装，同时通过自适应的数据发送速度进行视音频数据包发送，小数据量的数据重传、心跳等控制信息则通过TCP协议传输，从而解决了现有技术中只是利用TCP或UDP单一协议进行数据传输的传输效率与传输可靠无法兼顾的问题，很好地实现了基于无线网络的视音频数据的高质量传输。
文档编号H04N21/643GK103166974SQ201310104000
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者张华熊, 何利力, 朱海峰, 林翔宇, 马汉杰 申请人:浙江理工大学