基于DSP和CDMA 2000的实时视频无线传输系统设计

　　现有CDMA2000 EVDO网络的带宽完全可以满足经过压缩编码后的实时视频数据的传输，但由于视频监控领域实时性的要求，须采用UDP/ IP协议，它是面向非连接的，不可靠的传输服务;同时，CDMA2000 EVDO网络自身具有波动性比较大、误码率高、传输延迟等诸多特点;经过传输的视频通常会出现延迟大，出现马赛克等质量问题。因此，有必要对CDMA2000 EVDO网络的特性进行有效评估，来指导视频编码发送端视频流的动态调节，从而达到降低丢包率，实现视频流畅播放的目的。

　　笔者依据CDMA2000 EVDO网络的诸多特点和参考RTP协议来制定出评估CDMA2000 EVDO网络特性的相关参数，再经过大量的实验数据统计、分析和论证，得出该网络的特性。提出了在视频编码发送端进行速率整形以匹配网络带宽的策略，并利用TMS320DM365的开发平台，对经过H.264编码的视频流进行了实时传输的测试。

　　1 CDMA2000 EVDO网络特性参数分析

　　相比有线网路，CDMA2000 EVDO网络具有一定的特殊性，因此衡量其网络特性也就相对比较复杂。这里主要依据RTP(real—time proto eol)协议RFC3550给出部分参数，诸如丢包率、时间抖动;同时，从视频传输的角度定义部分与网络特性相关的参数，以下给出解释。

　　1)丢包间隔

　　丢包间隔=当前包序列号-前一次包的序列号

　　丢包的间隔用来衡量网络实时的状态，正常情况下丢包间隔应该为1，而丢包间隔越大，也就说明数据包丟失的越厉害。

　　2)数据流量

　　数据流量=收到的包个数/收到的时间间隔

　　对于数据流量的统计可以说明网络的带宽状况，实时反映了传输速率。这里，可以把时间间隔作为恒定参量，来统计收到的数据包数，或者把收到的数据包数作为恒定参量，来统计时间间隔，而该文主要采用了后一种办法。

　　对于网络特性参数的测试，可以利用依据RTP协议编写的函数库jrtplib-3.7.1和jrtpthread-1.2.1，该函数库具有很好的兼容性，可以在多种操作系统中应用。这里主要将其应用在基于达芬奇架构的TMS320DM365开发平台上和VC2008开发软件中。

　　2 CDMA2000 EVDO网络测试数据分析

　　2.1 实验硬件平台

　　客户端：TMS320DM365开发平台+CDMA2000 EVDO模块(MC8630)

　　服务器：VC2008开发软件和有线网络

　　2.2 实验数据测试

　　测试条件：在同一时间段内进行连续测量，数据流量为每收到100个数据包计算一次，时间抖动为每两个数据包计算一次，丢包率为收到数据包后每5 s计算一次，数据包大小为1 kB。

　　1)网络传输数据的实时统计分析，如图1至图4所示。其中图1和图2是在平均数据流量为86.3 kB/s的条件下测试所得，图3和图4是在平均数据流量为32.6 kB/s的条件下测试所得。

　　从图1和图2可以看出，时间抖动和丢包间隔是同步变化的，而且时间抖动比较剧烈，数据包丢失的也较多。

　　从图3和图4可以看出，时间抖动变化比较缓和，丟失的数据包也相对较少。

　　2)网络传输数据的整体对比，如表1所示。

　　从表1中可以看出，网络传输过程中的平均数据流量越高，平均时间抖动就越大，平均丢包率也越高。而当平均数据流量降至32.6 kB/s时，平均丢包率已经降至1%以下。

　　综合以上实验数据，可以得出如下结论：发送数据速率(即数据流量)是决定CDMA2000 EVDO网络传输特性的关键因素。而且，当前网络带宽一定的前提下，发送数据速率越高，时间抖动就越大，丢包率就越高;反之亦然。

　　3 基于TMS320DM365平台的速率整形

　　3.1 TMS320DM365平台的硬件编码特性分析

　　TMS320DM365是TI的DaVinci系列的双核处理器，采用DSP进行硬件视频编码，将输入的BT.656格式的视频流编码为标准的H.264码流输出，该码流会伴随着I帧或P帧的产生而出现频繁的数据抖动。而根据以上实验总结的CDMA2000EVDO网络的传输特性，当这种抖动的码流直接通过网络传输的时候，一旦瞬时码流超过网络所能承受的带宽，将会面临很高的丢包率。实验证明，这种情况下，码流的丢包会达到60%以上，时间抖动也会超过10000(单位是RTP时间戳单位)。因此，有必要对该码流进行速率整形，使其平滑后再通过CDMA2000 EVDO网络传输。

　　3.2 H.264码流速率整形参数分析

　　TMS320DM365开发平台上控制输出码流大小的参数主要有帧率、GOP、图像质量和图像格式。其中，对码流速率整形起着重要作用的参数是帧率和COP。帧率，决定着视频图像的播放速率。帧率越高，其图像帧之间的间隔就越小，编码后的数据速率就越大。GOP，是指图像组，即每组图像中包含多少个P帧和I帧。这两个参数共同决定了编码后输出的H.264码流的数据速率和I帧的时间间隔。于是，可以应用这组参数对需要传输的码流予以速率整形。

　　3.3 速率整形的实现过程

　　该过程如图5所示，其主要实现两个部分的功能。

　　1)发送时间间隔的初步估计，主要是利用两个或多个I帧之间的时间间隔除以统计的包数，得到平均时间来作为发送的时间间隔。但是，考虑到在不同视频模式切换的过程中，会产生时间突变，这样，得到的时间间隔就不够精确，从而引起发送数据量的突变，使得模式切换时过度不够平滑。所以，需要进一步修正时间间隔。

　　2)修正时间间隔主要依赖于发送缓冲区中暂存的数据量。首先为发送缓冲区中的暂存数据量设定上下限Min_buf和Max_buf;然后对该数据量进行判断，当数据量处于Min_buf和Max_buf之间时，说明发送数据正常，就可以使用初步估计的时间间隔;当数据量低于下限Min_buf时，说明发送数据的速率过快，就需要将初步估计的时间延时，以降低发送速率，从而使缓冲区里的数据量恢复到正常范围，反之，当数据量高于上限Max_buf时，则需要缩短初步估计的时间。

　　3.4 速率整形结果测试和分析

　　经过初步速率整形之后，对视频编码发送端的数据速率进行测试。

　　测试条件为：图像格式CIF，帧率15 f/s，GOP=15，图像质量为A。

　　测试结果如图6所示。