[發(fā)明專利]基于噴泉碼的實(shí)時(shí)TCP傳輸協(xié)議

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210113607.1
• 申請(qǐng)日: 2012-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN102694791A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔勇;潘廣進(jìn);王弘毅;徐鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06;H04L1/00;H04N7/26
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多媒體實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于噴泉碼的實(shí)時(shí)TCP傳輸協(xié)議。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的TCP是一種面向連接的可靠傳輸協(xié)議，它在設(shè)計(jì)之初并沒有考慮實(shí)時(shí)傳輸，其主要目的是為了保證傳輸?shù)目煽啃?。多媒體實(shí)時(shí)傳輸中，對(duì)傳輸?shù)目煽啃砸筝^低，需要較高的實(shí)時(shí)性。因此，TCP的丟包重傳機(jī)制使其在多媒體傳輸中難以保證較高的實(shí)時(shí)性。

IETF在1998年提出的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP/RTCP，是基于UDP的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，RTP通過UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能夠提供較好的實(shí)時(shí)性。RTCP主要用于流量控制和擁塞控制等。在高丟包率和時(shí)延的無線網(wǎng)絡(luò)中，多媒體報(bào)文不會(huì)因?yàn)轭l繁的丟包影響實(shí)時(shí)性，并且較高的時(shí)延也不會(huì)限制傳輸?shù)耐掏铝?，避免了TCP中由于丟包所造成的重傳等問題。

現(xiàn)有的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP/RTCP和RTSP都是使用UDP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雖然可以很好的保證實(shí)時(shí)性，但與傳統(tǒng)TCP相比，它們是不可靠傳輸，并且無法提供公平的傳輸，被很多防火墻所屏蔽。多媒體中非關(guān)鍵幀的丟失對(duì)整個(gè)視頻影響較小可忽略不計(jì)，而關(guān)鍵幀的丟失則會(huì)嚴(yán)重影響與其關(guān)聯(lián)幀的恢復(fù)，視頻的畫面也會(huì)有較大的跳動(dòng)。此外，在畫面跳動(dòng)較小的視頻中，關(guān)鍵幀的丟失會(huì)嚴(yán)重影響視頻質(zhì)量，并且會(huì)造成大量非關(guān)鍵幀的無效傳輸，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于噴泉碼的實(shí)時(shí)TCP傳輸協(xié)議，對(duì)現(xiàn)有TCP協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，保證了關(guān)鍵幀的可靠傳輸和多媒體的質(zhì)量，因此，本協(xié)議在保證關(guān)鍵幀可靠傳輸?shù)那疤嵯?，?shí)現(xiàn)了公平、實(shí)時(shí)的傳輸。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

基于噴泉碼的實(shí)時(shí)TCP傳輸協(xié)議，在TCP傳輸前，將多媒體數(shù)據(jù)幀中的關(guān)鍵幀利用噴泉碼進(jìn)行分段編碼，傳輸時(shí)每個(gè)TCP報(bào)文包含當(dāng)前所需要的非關(guān)鍵幀原始數(shù)據(jù)和下一關(guān)鍵幀編碼包。

基于噴泉碼的實(shí)時(shí)TCP傳輸協(xié)議用于多媒體的傳輸，依次包括以下步驟：

步驟一，初始化：p←0，建立TCP連接后，對(duì)首個(gè)關(guān)鍵幀進(jìn)行噴泉碼編碼并進(jìn)行冗余傳輸，直到解碼成功率達(dá)到δ；

步驟二，傳輸過程中根據(jù)ACK信息實(shí)時(shí)更新丟包率p，并計(jì)算下一關(guān)鍵幀的大小T和該幀之前所有非關(guān)鍵幀總大小S，(n，Δn，ΔS)←(0，0，S)；

步驟三，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和傳送接收雙方CPU處理能力確定編碼包大小k，計(jì)算發(fā)送方至少發(fā)送的編碼包數(shù)n′←[T/k-log₂(1-δ)-n]/(1-p)-Δn(1-p)；

步驟四，根據(jù)n′、ΔS和k來封裝TCP報(bào)文，以保證關(guān)鍵幀和非關(guān)鍵幀同時(shí)傳輸完成，封裝可采用傳統(tǒng)IP分組封裝方法完成；

步驟五，當(dāng)收到ACK時(shí)，實(shí)時(shí)更新鏈路信息和多媒體數(shù)據(jù)幀的傳輸情況，若當(dāng)前關(guān)鍵幀尚未傳輸完則繼續(xù)執(zhí)行步驟三，否則執(zhí)行步驟二；

步驟六，當(dāng)數(shù)據(jù)全部傳輸完畢時(shí)，鏈路斷開連接；

以上步驟中，n為已成功收到的該關(guān)鍵幀有效編碼包數(shù)，δ為解碼成功率，ΔS為剩余非關(guān)鍵幀大小，Δn為已發(fā)送但仍未收到的編碼包數(shù)。

在視頻壓縮中，每幀代表一幅靜止的圖像，而在實(shí)際壓縮時(shí)，會(huì)采取各種算法減少數(shù)據(jù)的容量，其中IPB幀就是最常見的。

I幀表示關(guān)鍵幀，可以理解為這一幀畫面的完整保留；因?yàn)榘暾嬅?，解碼時(shí)只需要本幀數(shù)據(jù)就可以完成。

PB幀為非關(guān)鍵幀：

P幀表示的是這一幀跟之前的一個(gè)關(guān)鍵幀(或P幀)的差別，解碼時(shí)需要用之前緩存的畫面疊加上本幀定義的差別，生成最終畫面。即：差別幀，P幀沒有完整畫面數(shù)據(jù)，只有與前一幀的畫面差別的數(shù)據(jù)。

B幀是雙向差別幀，也就是B幀記錄的是本幀與前后幀的差別。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案結(jié)合噴泉碼的特征和多媒體的傳輸需求，對(duì)關(guān)鍵幀進(jìn)行編碼冗余傳輸，通過合理的調(diào)度，有效關(guān)鍵幀的可靠性和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的變化實(shí)時(shí)更新并調(diào)整編碼包數(shù)和鏈路信息，有效的提高了傳輸?shù)姆€(wěn)定性和健壯性。

附圖說明

附圖是本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。