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1、多媒体数据流实时传输速率研究及应用多媒体数据流实时传输速率研究及应用 专专业业：计计算机算机应应用技用技术术 硕硕 士士生：生：鲁鲁 萍萍 指导教师：指导教师：马马光思光思 教授教授 摘 要 随着多媒体及互联网技术的迅速发展，广泛应用于远程教育、视频会议等的数字视频 实时传输的技术已成为计算机领域的一个研究热点。数字视频实时传输过程中数据量巨大 且延迟敏感性强，因此，在实时传输中必须对视频数据进行压缩以保证低延迟。 论文认真分析了流行编码器采用硬件实现，存在价格高、灵活性差、不易修改等缺点 的同时，提出了采用软件方法实现数字视频实时传输的构想。研究了由软件实现编/解码的 可行性、灵活性、适应性
2、，并指出软件方法存在的问题和解决对策。 针对不同应用的图像特点，论文重点讨论了软件方法设计实现过程中编码效率、传输 可靠性、减少延迟和可扩展性等关键技术。结合远程教学图像的特点，给出了两种具体压 缩算法，测试并比较了二者的应用性能。 论文还深入研究了实际应用中的网络传输结构、所使用的协议，特别对实现实时传输 屏幕图像分片/重组协议提出了以 petri 网表示的改进方案，并给出了组播传输设计方案的 实现及应用。 论文最后总结了课题研究成果在远程教学、视频会议、局域网管理等多方面的应用价 值。结合作者承担的教学工作任务，阐述了理论研究对工程实际的重要支持作用。 关键字： 实时传输，远程教学，图像压
3、缩，组播 Research and application of real-time transfer of multimedia data stream Specialty: Computer Application & Technology Name: Lu Ping Instructor: Guangsi Ma Abstract With the development of multimedia and internet, the real-time transportation of digital video, which has been widely applied in di
4、stance education and video conference, becomes more and more popular in computer science. Considering the magnitude of data and the sensitivity to delay, video data should be compressed. The article analyzing the drawbacks of using popular hardware coders such as high price, lack of flexibility and
5、difficult to edit, and put forward the mind of realizing real-time transportation of digital video by software as well. Researching the probability, flexibility, adaptability of coding/decoding by software, then point out the problem of this method and give the solutions. According to the features o
6、f different applications, the article discussing the key technology of coding efficiency, transfer reliability and delay decreasing. There are two arithmetic put up with the features of distance teaching image, also testing and comparing the performance of the algorithms. There are deep researching
7、in network transfer structure and the protocol in application, specially give a plan to alter the fragment/reassemble protocol witch described by Petri net, also give the realization and application of the broadcast transfer design. The article summarized the value of the achievement adopt the appli
8、cation such as distance teaching, video conference and LAN management. Author also tell the important relationship between the theory and really project according to the authors own teaching task. Key words: real-time transfer, distance teaching, image compress, broadcast 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论4 1.1 研究背景
9、 4 1.2 作者完成的工作 4 1.3 本文组织结构 4 第二章第二章 多媒体数据压缩编码多媒体数据压缩编码技技术术4 2.1 信源编码 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1.1 无失真信源编码.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1.2 限失真信源编码.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2 图像压缩标准 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2.1 JPEG错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2.2 MPEG错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.3.3 H.263.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.3 本论文的图像获取分析 错误！未定义书签。错误
10、！未定义书签。 2.3.1 图像传输分析.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.3.2 获取并显示屏幕图像.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4 本论文的图像压缩编码算法 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4.1 基于异或运算的无损压缩.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4.2 基于差值量化的有损压缩.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4.3 算法性能分析.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第三章第三章 网络传输协议网络传输协议错误！未定义书签。 3.1 TCP 和 UDP 协议错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1.1 TCP 协议.错误！未定义
11、书签。错误！未定义书签。 3.1.2 UDP 协议错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2 多媒体传输协议 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.1 RTP 和 RTCP 协议.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.2 RSVP 协议错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3 本论文实时传输方案及协议 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4 对相关协议实时性的改进 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4.1 分片重组协议原理.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4.2 协议实时性改进.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4.3 协议实现.错误！未定
12、义书签。错误！未定义书签。 第四章 IP 组播传输技术.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1 组播技术 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.1 组播概念及特点.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.2 组播工作原理.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1.3 组播路由选择算法及协议.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 本论文的 IP 组播实现方案.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.1 组播工作环境.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.2 互联网组管理协议（IGMP）.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2.3 组播应用程序实
13、现.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第五章第五章 系统分析与设计系统分析与设计错误！未定义书签。 5.1 系统设计概述 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1.1 论文程序结构说明.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1.2 系统实现中的难点.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1.3 实验测试的数据库结构.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.2 系统的改进方案构想 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第六章第六章 小结与展望小结与展望4 6.1 论文小结 4 6.2 展望 4 致致 谢谢4 参考文献参考文献4 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 研究背景
14、研究背景 当前以 Internet 为代表的网络正朝着多媒体综合业务的方向发展。许多交互式的多媒 体应用，包括远程教育、视频会议和视频点播等在 TCP/IP 网络中迅速开展起来。例如英国 在全国范围内的所有高等学校中实施一项称为“计算机用于教学创新”(Computers in Teaching Initiavite 简称 CTI)的庞大项目,其目标是要通过计算机、多媒体结合,实现对 高等院校所有学科教学模式、教学内容到教学组织形式的变革,当时成为欧洲乃至全世界关 注的焦点。 近年来，千兆以太网技术有了突飞猛进的发展，在全国高校校园网的建设中得到了广 泛的使用1。目前很多学校实现了光纤网络互连，
15、校园网规模得以扩大、性能明显提高， 基本实现了校园网络化目标，为实现数字化校园打下了坚实的基础。网络速度的提高和计 算机性能的上升，使得网络多媒体通信的应用成为可能。利用网络技术将学校建设成数字 化校园是解决上述问题的必由之路。而基于校园网的数字化远程教育平台是数字化校园的 核心组成部分，其基本特征是能在计算机网络上进行高效实时多媒体信息多点传输，真正 实现分布式实时远程授课，在虚拟网络空间完成传统教学过程的模拟，有力促进教育思想 改革和教学手段现代化。 对于远程教育的研究集中在两个领域：实时的基于视频会议的远程教育和非实时的基 于 Web 的远程教育。实时的远程教学的研究主要利用视频会议系统
16、传输视频和音频，构建 一种分布式的教室，这种环境下教师和学生只是物理位置上不同，称之为同步的或面向教 师的（teacheroriented）学习模式。在基于 Web 的方式下，教学资源存放在 Web 服务器 上，学习者可以随时随地通过浏览器独立地进行课程学习、提问、做作业、考试以及与其 他同学交流，称之为异步的或面向学生的（studentoriented）学习模式。在第一种面向 教师的学习模式中，数字视频的实时多点传输是其中的关键技术。 随着多媒体技术和互联网的发展，数字视频的实时传输成为计算机领域一个研究的热 点。数字视频实时传输中视频信息数据量巨大且延迟敏感性强,所以，必须对视频数据进行 压缩，以确保实时传输的低延迟。目前在校园网上的多媒体应用主要是集中在流媒体的一 些点播和广播、组播的应用；较少考虑音频、视频的双向交互。在校园网上进行高质量的 多点视频传输，现阶段多为通过采用硬件方式的 H.323 视频会议终端配置 MCU（Microprogrammed Control Unit）来实现。在不少中、小学中已实施的基于局域网的 2 交互式多媒体教学系统基本上都
