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摘要：根据无线视频传输的基本特点,提出了一种用于无线显示适配器的传输方案。在分析了目前成熟的无线技术的基础上,选择无线局域网IEEE802.11G作为传输技术。在此基础上分析传输层的协议以及 IEEE802.11G的媒体访问控制层的传输特性,并通过实验确定RTP作为网络传输协议,以及确定无线视频传输的关键参数值。
1 引言
随着移动计算技术地不断发展，越来越多的人们开始追求办公方式的移动性和便利性。 无线技术近年来迅速发展，已经可以提供和有线相近的传输速率。无线显示器将用户从传统 的桌面电脑的有限空间中解放出来，个人电脑的功能日益转变成为家庭的数字多媒体中心， 有着广阔的市场前景。
无线显示适配器基于无线视频传输技术，实现显示器与主机相分离，以无线方式传输主 机显存数据到显示器。其所传输的视频数据具有数据量大、实时性要求高的特点。无线环境 具有带宽有限、误码率较高的特点。为适应无线信道的低带宽,必须使用高效率的压缩算法 对视频数据压缩编码。视频压缩在去除码流的时间和空间的相关性的同时,也会对误码更加 敏感。无线信道由于信号衰减和多径、阴影以及多普勒效应的存在，传输的错误率较高[1]。 因此，无线视频传输技术的关键就是提出合理的传输方案，可以较高的传输效率，较低的传 输时延和误码率传输视频数据，为显示数据提供稳定实时的传输。本文主要研究用于无线显 示器的无线传输关键技术，在现有的相关技术的基础之上提出可行的传输方案。
2 无线视频传输系统结构
基于无线显示适配器的无线视频传输系统框图如图1。主机作为服务器，通过无线模块接收显示终端的连接请求，进行显存数据的压缩编码和数据包封装，并通过无线模块将数据 包发送出去；显示端作为客户端通过无线模块接收数据包，并进行相应的数据包解析和解码， 最终在显示端的屏幕上显示主机的显存数据。
3 无线视频传输技术选择
3.1 无线技术选择
用于传输实时视频数据的无线技术，首先要求能够提供足够的数据传输带宽和相对稳定 的传输性能。其次，无线技术应具有经济实用性。
以屏幕分辨率为1024×768，24 位真彩色的一般显示模式为例，分析无线信道需承载的 数据量。为保证各种应用程序（如KMplayer 视频播放器等）都可以在显示端得到流畅稳定 的显示画面，数据速率要求达到每秒25 帧。原始的显示数据高达470Mbps。现有的压缩算 法的平均压缩比是30：1，那么无线信道的平均传输速率应该在15Mbps 以上。
文献[2]中提到的可用的无线技术中，IEEE802.11G 的无线局域网速率即可以满足应用的 传输速率要求，且相比其它高速率的无线技术，实现成本和复杂度较低，更适合无线显示适 配器的应用要求。
IEEE802.11主要定义了无线局域网的物理层和数据链路层，它为上层网络和传输层提供 了应用接口，因此TCP/IP协议同样适用于无线局域网。这里需要根据无线显示器的传输要求， 选择合适传输层协议，如TCP，UDP，RTP等。 IEEE802.11数据链路层包括两个子层：逻辑链路层和媒质访问控制层（Medium Access CONTROL，MAC）。
IEEE 802．1l的MAC层定义了两种访问机制：分布式协调机制（Distributed Coordination Function，DCF）和点协调机制（Point Coordination Function，PCF）。虽 然PCF是针对实时业务制定的，但是PCF在当前的产品中并未实现， 因此本文讨论的无线传 输主要在DCF机制下。IEEE802.11的MAC层[6]的功能决定了无线传输的部分特性，因此无线视 频传输的参数设置要考虑MAC层的特性。下面将详细讨论。
3.2 无线局域网的网络传输协议选择
视频的实时传输要求较低的时延和较小的丢包率。TCP 协议是一种将拥塞控制与差错控 制融为一体的端到端传输控制协议，TCP 协议的重传机制会网络性能的降低[3]，这种传输策 略不能满足实时传输的要求。尽管有学者在研究这个问题，并提出了一些方法[4]，但是离解 决问题还有很大的距离。
UDP 协议主要用来支持那些需要在计算机之间实时传输数据的网络应用。UDP 本身不能 提供可靠的数据传输，如果想要UDP 提供可靠的数据传输，则需要在两端的程序中加入确认 和重传机制。与TCP 协议相比，UDP 协议无连接，可以随时传递数据；包头很短，只有8 个 字节，节省了网络资源；程序结构简单。此外，UDP 的吞吐量不受阻塞控制算法的调节，传 输效率高。 RTP（Real-Time Protocol）协议是专用于实时多媒体数据流的一种传输协议[5]。RTP 通常使用UDP 来传送数据，依靠RTCP（Real-time CONTROL Protocol）提供流控制。RTP 数据包格式中的序列号和时间戳，在通信双方进行通信的过程中起到了确保数据包的正确顺 序、判断是否有数据包被抛弃或丢失的功能。
文章后面将以实验数据为依据，比较三者的传输性能，并确定本系统应使用哪个协议。 从物理传播方式上考虑，涉及到无线局域网底层的传输特性，因此，在上述分析的基础上需 要进一步分析MAC 层。
3.3 无线视频传输参数分析
文献[7]的第2 部分从MAC 层分析了IEEE802．1lB 的可用带宽。在此基础上给出了802．1lB 用于承载视频时的UDP 可用带宽和视频码流数目N 以及帧率之间的关系。文献[7]的部分公式和结论,同样适用于IEEE802.11G。
理想情况下单个站点的视频码流可用带宽的最大值可以达到27Mbps，随着N 取值的增 加，视频码流带宽值逐步减小。为了满足各客户端的视频流的实时性，公式(1)必须成立：
假定帧率为K 帧/s，每帧数据从进入缓冲区到被正确发送所允许的最大时间间隔为Tp ， Tp取值为=1/K秒，由本系统的应用要求，K 取值为25 帧/s。其中Tf为正确发送一帧视频数 据所用的时间。 IEEE802．11 标准中，MAC 层基本的DCF 工作机制[9]如下所述。如果在MAC 层检测到有 一帧数据等待发送，站点首先检测媒体是否空闲，如果空闲并且空闲的时间超过DIFS（DCF Interval Frame. Space）的时间，则站点可以立即发送该数据。如果检测到媒体“忙”，那 么站点持续侦听，直到媒体再次空闲且空闲的时间大于DIFS 间隔，此时，媒体并不立即发 送数据，而是选择一个随机避让时间，在该时间结束后立即发送数据。当一个分组被正确接 收后，接收端要在SIFS（Short Interval Frame. Space）的时间内发送一个用于确认上一 帧数据被正确接收的ACK 帧，对接收到的分组进行确认。所以Tf 的计算如下：
由公式（4）可得，每帧数据发送所允许的最大时间间隔与视频码流数目N、视频数据 帧的长度有关。当N 值大于所允许的最大值时，会导致视频帧产生高时延值和视频数据包的 大量丢失，所以介入的客户端数目不能超过N 的最大值。
在N 取值一定时，视频数据包的平均长度必须小于一定值，否则会导致时延值过高和数 据包的大量丢失。控制视频数据包的长度可以通过更改视频压缩编码的量化系数QP 或者其 他方法进行。进而，在帧率一定和平均长度受到限制的前提下，视频码流的输出速率必须小 于一定的值，这就要求在视频码流发送端必须有一定的速率控制机制。
