高保真实时准动态图像采集压缩和远程传输平台的研究与实现

具体从两方面实施：一是对帧内压缩方法进行优化；二是对帧间压缩方法进行优化。

对帧内压缩方法的优化主要通过改变压缩质量的参数来调节图像质量和压缩比。

对帧间压缩方法的改进是通过改变频率、关键帧间的距离调节传输速率。改变每秒采集和传输图像的数目，以改变传输数据的大小。帧间压缩要用到运动补偿，其关键在于两帧之间的差别大小。如果图像只有微小的变化，那么经过作差后压缩效果较好；如果图像变化很大，那么经过作差后压缩效果较差。为充分利用运行压缩的特点，根据图像变化的大小来调节关键帧间的距离。在图像变化不大的情况下，非关键帧数据较少，此时拉长关键帧间的距离既可以低传输率，又不影响图像的质量；在图像变化较大的情况下，非关键帧数据较多，此时缩短关键帧间的距离，以增加运动补偿的效果。

3.3 用UDP和RTP实现图像传输并进行实时优化

视频图像的实时传输有如下特征：

·数据量大，尤其是高保真活动图像的数据量更大，从而带宽要求高；

·实时性要求高。

上述特点使视频图像传输对传输环境提出很高的要求。但另一方面，图像数据包在少量丢失情况下不影响还原质量。为此，采用建立在UDP基础上的实时传输协议RTP。

用UDP协议进行数据传输的优点是不需要建立连接，传输速度快。缺点是容易丢失数据包，而且数据包的顺序容易混乱。

RTP是基于UDP的网络传输协议，编程时通过时间标签（Time-temping）机

制、信息序列编号（Sequence Numbering）机制和有效数据类型标识（Payload Type Identifier）机制的联合使用，在允许的延迟范围中保证数据的实时传输质量，对于少量信息包的丢失，则采用补偿方法解决。时间标签用来标明实时数据块生成时间，接收方可据此正确排列数据接收顺序，并保证实时数据传输同步，一帧图像数据组成的RTP信息包有相同的时间标签。序列编号通过配合时间标签设置，同一帧图像的RTP信息包有相同的时间标签，但有不同的序列编号。有效数据类型标识用来定义各种数据压缩方法，并可通过手动或自动方式动态调整，在信息拥挤时可提高压缩比。

本设计中，对实时可靠性进行了优化，具体程序设计中，采用了如下策略:

·建立一条以UDP作为传输协议的数据通路，在传输时把压缩过的视频流打包，打包时考虑到两个因素：第一，某些压缩的关键帧会很大；第二，关键帧与非关键帧数据量相差很远。这两个因素可能导致数据包乱序，为此，不能简单地将视频帧作为打包单位，而是将数据流划分成等量的小包，并在包头标上序号进行顺序传输。

·另建一条以TCP为传输协议的控制通路，其作用是反馈一些控制命令给发送方，从而最小限度地防止传输中的错误。接收方建立个可容纳0.3～0.8s图像的缓冲区，按照数据包头的编号将数据流进行重构。如果数据包编号出现不连接，则说明发生了丢包或乱序。于是，接收方立即通过控制通路发送命令要求重发所丢失是数据包。采用TCP可保证控制命令传输的准确性。

3.4 视频传输中的自适应技术

由于网络带宽有限且随机变化，因此视频传输的实时性会受到严重影响，甚至会使接收到的视频出现不连续或停顿现象。为此，在系统设计中，引入了视频传输的自适应机制。具体实现的，系统一边传输一边检测网络状态，并据此调整发送策略以适应网络变化。图2表示了在远程控制系统中加入自适应机制后的结构。

自适应机制由检测模块、反馈模块和决策模块组成。发送端将视频图像压缩后，打成RTP数据包，然后用RTP协议发送。发送站点的自适应检测模块检测并记录有关的发送信息，包括传输率、字节数等。接收站点通过自适应反馈模块检测有关的信息，并将其发送到接收站点的检测模块。后者将发送和接收时的信息相比较，再将比较结果传送到自适应决策模块。为了尽可能节省信息量，接收端自适应反馈模块向发送端检测模块只发送一个信息包序列号。这样后者可计算出信息包的传输时间，并在多次检测基础上得到带宽平均评估值。发送端再根据评估值改变视频采集频率和压缩比，调整视频数据量，从而实现自适应功能。

《高保真实时准动态图像采集压缩和远程传输平台的研究与实现(第3页)》