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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于RTP协议的实时语音传输研究与实现 姓名：杨黎明 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：卢益民 20070201 I 摘摘 要要 近些年来，因特网的应用非常广泛，除了传统的 http、ftp 和电子邮件(Email) 外，已经出现了越来越多的多媒体通信业务，这些业务的一个共同的特点就是对实 时性要求很高。但是，传统传输层协议设计时的定位决定了它们在传输文字、图形 等离散媒体时尚能胜任， 而不适合语音、 视频等实时业务的传输， 为此 IESG 在 1995 年通过了 RTP 作为因特网建议标准。 本文首先介绍了实时数据传输的发展及国内外的研究状况，研
2、究了分组网络上 音频数据传输的特点。在介绍了实时传输协议 RTP 的特点、构成后，详细分析了 RTP/RTCP 协议，具体阐述了各种报文的格式及其字段的意义。之后详细介绍了 Windows 下采用双向链表和单缓冲技术、基于 RTP 协议实时语音传输软件的实现， 介绍了软件的基本框架及主要数据结构，详细介绍了软件的具体实现流程，主要包 括：音频数据的采集和播放；RTP 数据包的发送和接收；补偿发送方和接收方时钟 速率的偏差和网络抖动现象，计算正确的播放时间。通过在合适的时机调整去抖缓 冲延时，自动适应网络状态的变化，有效去除语音分组的抖动问题，在时延与丢包 之间达到良好平衡，改善了语音通话质量。
3、 为了保证一定的 QoS，本文根据报文丢失率评估信道的传输质量和网络的拥塞 程度，调整发送方输出的码流，使之自动适应网络状态的变化，降低网络拥塞产生 的概率。 关键词：关键词：实时传输协议; 语音传输; 时延; 抖动 II Abstract In recent years, Internet has been widely used. Besides http、ftp and Email services, it has many new applications, such as multimedia communication. The common feature of these ne
4、w services is the strong requirement of real-time reality. But the design principle for classical transport protocol decides that they can be competent for discrete media transmission, such as text、picture etc, but cant be used for real-time services such as audio、video and so on. Thus, in order to
5、transmit real-time media with high performance over IP network, on November 22, 1995, RTP was approved by the IESG as an Internet proposed standard. First, the paper introduces the development of the real-time data transmission and the current research in China and abroad, then takes research on the
6、 characteristics of voice transmission over packet networks. In the second part, after introducing the fundamental features of RTP and its standard elements, the paper presents the analysis of RTP/RTCP in detail, including the protocol packets formats and various fields meaning. After that the paper
7、 introduces how to implement the system of real-time audio transmission based on RTP suite in Windows in detail, including the basic frame structure and the main data structures of the system. The main parts of this system are presented, including: how to collect and playout audio data; how to send
8、and receive RTP packets; how to compensate for relative clock skew between sender and receiver, compensate for variation in interpacket timing caused by network queuing jitter and route changes, so to calculate the correct playout time. The system adjusts the playout buffering delay at proper time,
9、to adapt network behavior change, this decreases the network jitter, and trys to find the trade-off between the voice delay and packet loss, to improve the quality of voice communication. To ensure certain QoS, the paper takes adaptive control algorithm for network audio transmission, which can redu
10、ce the network congestion. It is realized by estimating and monitoring the status of packets loss over a RTP-based network, and adjusting the rate of the output stream of the senders. Keywords: RTP/RTCP; voice transmission; delay; jitter February, 2007 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的
11、研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权数。
12、 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 1 1 绪论绪论 1.1 背景与发展现状背景与发展现状 1.1.1 音/视频网络传输历史 利用分组网络 （例如 Internet） 来传输语音和视频可以追溯到 20 世纪的 70 年代， 有关这个方面的第一份 RFC（Request for Comments Document，Internet 有关服务的 一些标准）网络话音协议 NVP（Network Voice Protocol）诞生于 1977 年，但是 在 Internet 上的音/视频网络会议和流式传输的试验持续了十余年才日臻成熟起
13、来。 在上世纪 90 年代初期， 随着计算机的运算能力和多媒体功能的进步， 为语音和 视频数据流同时捕获、压缩、回放奠定了基础。同时，IP 多播的发展允许发送实时 数据到任意个连接到 Internet 上的用户。 然而由于传统的 IP 分组网络自身的局限性， 其在利用 TCP/IP 等协议传输文字、 图形等媒体时尚能胜任，而在传送语音、视频等对实时要求性比较高的媒体时则显 得有点力不从心。为此在 1992 到 1996 年间，IETF（Internet Engineering Task Force, Internet 工程任务组）在 NVP-II 和先前开发的 vati基础上，提出了 RTP（
14、Real-Time Transport Protocol）协议。多播会议软件开始用 RTP 协议作为唯一的数据传输和控 制协议。RTP 不仅支持媒体的传输，也支持成员管理、嘴形同步和接收质量报告等。 除了用 RTP 来传输实时数据外，还需要其它协议来协调和控制媒体数据流。会 话声明协议 SAPii（Session Announcement Protocol）被用来声明多播数据流的存在， 会话存在的声明被多播出去，任何支持多播的主机可以收到 SAP 声明，从而知道什 么会议正在进行。会话描述协议 SDPiii（Session Description Protocol）描述了在多 播会话中发送方和
15、接收方的主机地址、 压缩和包封装方式。 另外， 会话初始协议 SIPiv （Session Initiation Protocol）提供了一种轻量级方法，用来寻找会话参与者和初始 化一个多播会话。 1997 年，ITU 发布了 H.323 协议族，它提供了一个整体框架，包括媒体传输、 呼叫信令和会议控制。信令和控制功能被定义在 ITU 推荐协议 H.225 和 H.245 中。 ITU 工作组采用 RTP 进行媒体传输。 伴随着多播会议和 H.323 的发展，万维网（World Wide Web）的迅速发展给 Internet 带来了大量的内容提供，并为大众广泛接受。网络带宽和终端功能的提高使
16、 得除了网页外，流媒体的传输成为可能。流媒体市场的发展迫切需要一种标准控制 机制，由此诞生了 RTSPv（Real-Time Streaming Protocol） ，它为流媒体提供了初始 2 化和类似录象机控制功能。RTSP 构建在现有标准之上：它很类似于 HTTP 协议， 能使用 SDP 进行会话描述，用 RTP 来进行媒体传输。 1.1.2 发展现状 近年来，随着分组交换网络的不断发展，其优势日益凸显，除了承载计算机数 据业务外， 在承载话音数据能力上， 取得了重大突破。 这当以 VoIP （Voice over Internet Protocol）vi为代表，它是目前基于 IP 分组网络多媒体通信的一个典型业务，成为 当前计算机网络技术和通信技术研究的热点，同时也是基于 Internet 增长最快的业 务之一。 VoIP 是一种以 IP 电话为主，并推出相应增值业务的技术。其最大的优势是能 广泛地采用 Internet 和全球 IP 互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。它 把语音进行压
