引言

數字視頻傳輸是下一代互聯網的典型應用[1 ] 。當前互聯網上的視頻應用向高品質、高實時性方向發展。 高清晰度視頻HDV (high definition video) 因其高的分辨率和圖像質量成為網絡視頻應用發展的一種趨勢。 HDV 網絡視頻的應用主要有兩大類:一類基于MPEG2 或H.264 壓縮方式[2 、3 ] ；一類是非壓縮方式。 前者的特點是數據占用帶寬相對較小，但是延遲較大；后者實時性好，但是所需網絡帶寬較大(幾百Mbp s 到1. 5 Gbp s 不等) 。 在適用范圍上，非壓縮高清視頻用于實時性和保真度要求較高的情況，如遠程醫療等，但由于其對網絡帶寬的高要求，只能夠在專線網絡環境下應用。

基于壓縮方式的HDV 視頻傳輸網絡帶寬占用相對較小，在目前的高速網以及正在發展的下一代網絡(如CERNET2) 上是能夠實用的，但與普通質量的視頻相比較，其單路視頻占用帶寬仍然很大(20～100 Mbp s 不等) ，屬于大數據流量的應用。

與普通質量的網絡視頻應用不同，HDV 視頻本身的單路大數據量會對網絡性能產生明顯的影響而反過來影響應用本身的質量。 實驗中發現， HDV 視頻的質量對網絡背景的變化有相關性，但其相關性與普通質量的網絡視頻有所不同。 因此通過定量的測量和分析，研究HDV 應用性能和網絡性能的相互影響規律，對于深入了解大流量的應用對網絡的要求以便更好地提供網絡服務和提高HDV 傳輸質量有積極意義。


本文設計和實現了一個基于IPv6 的HDV 網絡視頻傳輸系統，應用到國內和國際的IPv6 主干網。同時針對該應用設計了測量子系統，對不同網絡條件下HDV 視頻質量和網絡性能的相關性進行研究。

高清視頻系統構架與實現

高清視頻系統基本模塊與實現

基于壓縮編碼的HDV 網絡視頻傳輸系統包括6 個基本的模塊———視頻采集、壓縮編碼、發送引擎、網絡傳輸、接收與組幀、解碼顯示。 本文設計的HDV 視頻傳輸系統的結構框圖如圖1 所示。 虛線框所包含的部分為性能測量子系統。

HDV 視頻傳輸系統基本功能模塊實現如下:

(1) 視頻采集:采用Sony-FX1 (1080i) 或JVC-HDR(720p) 作為視頻源，視頻信號通過1394 線輸入視頻壓縮卡。

(2) 視頻壓縮與編碼:本系統采用MPEG2 標準進行視頻壓縮編碼。

(3) 網絡發送引擎:對壓縮編碼后的MPEG2 數據流進行打包發送，數據包包頭按RTP 包頭填充，記錄時間戳、序列號等。 在發送引擎中，以48 kbp s大小的Sample 數據塊為單位進行發送，每個Sam-ple 被分為43 個包，同一Sample 內的包打相同的時間戳，并以序列號標識先后順序。

(4) 網絡傳輸:數據發送和接收同時支持IPv4/IPv6 地址，傳輸網絡為支持IPv4/ IPv6 的雙棧環境。

(5) 網絡接收與組幀引擎:接收端計算機對收到的數據包根據時間戳和序列號進行合并組幀。

(6) 解碼與顯示:解碼和顯示部分先要對視頻和音頻進行分離，然后分別送到顯示設備和音頻設備進行播放。 需要指出的是，720p 和1080i 在音頻視頻同步方面有所區別，720p 在音頻和視頻方面有相同的PID ，而1080i 則不同，需要分別處理。

HDV 性能測量子系統

HDV 系統性能測量子系統是對基本功能的擴展。 利用此子系統，可以實時監測HDV 視頻系統的運行狀態，并記錄系統運行數據以作分析用。 除數據采集和數據輸出接口，子系統還預留了基于參數測量的控制接口。 可以在這些控制接口實施優化調度算法，以達到控制HDV 視頻質量的目的。測量子系統為圖1 中虛線框內部分。