摘要：為了實現基于TMS320DM365編碼的實時視頻流通過CDMA2000 EVDO網絡傳輸后能夠流暢播放的功能，同時緩解視頻傳輸延遲和馬賽克現象，文中通過對CDMA2000 EVDO網絡傳輸過程中數據丟包率和時間抖動等參數的分析和論證，提出了在視頻編碼發送端進行速率整形以適應網絡帶寬的方法。該方法主要是在視頻數據編碼完成后，通過CDMA2000 EVDO網絡發送時，對發送數據的速率做出了兩次平滑調整。其結果表明，該方法能有效的改善傳輸視頻的質量，提升視頻的流暢性。

　　現有CDMA2000 EVDO網絡的帶寬完全可以滿足經過壓縮編碼后的實時視頻數據的傳輸，但由于視頻監控領域實時性的要求，須采用UDP/ IP協議，它是面向非連接的，不可靠的傳輸服務;同時，CDMA2000 EVDO網絡自身具有波動性比較大、誤碼率高、傳輸延遲等諸多特點;經過傳輸的視頻通常會出現延遲大，出現馬賽克等質量問題。因此，有必要對CDMA2000 EVDO網絡的特性進行有效評估，來指導視頻編碼發送端視頻流的動態調節，從而達到降低丟包率，實現視頻流暢播放的目的。

　　筆者依據CDMA2000 EVDO網絡的諸多特點和參考RTP協議來制定出評估CDMA2000 EVDO網絡特性的相關參數，再經過大量的實驗數據統計、分析和論證，得出該網絡的特性。提出了在視頻編碼發送端進行速率整形以匹配網絡帶寬的策略，并利用TMS320DM365的開發平臺，對經過H.264編碼的視頻流進行了實時傳輸的測試。

　　1 CDMA2000 EVDO網絡特性參數分析

　　相比有線網路，CDMA2000 EVDO網絡具有一定的特殊性，因此衡量其網絡特性也就相對比較復雜。這里主要依據RTP(real—time proto eol)協議RFC3550給出部分參數，諸如丟包率、時間抖動;同時，從視頻傳輸的角度定義部分與網絡特性相關的參數，以下給出解釋。

　　1)丟包間隔

　　丟包間隔=當前包序列號-前一次包的序列號

　　丟包的間隔用來衡量網絡實時的狀態，正常情況下丟包間隔應該為1，而丟包間隔越大，也就說明數據包丟失的越厲害。

　　2)數據流量

　　數據流量=收到的包個數/收到的時間間隔

　　對于數據流量的統計可以說明網絡的帶寬狀況，實時反映了傳輸速率。這里，可以把時間間隔作為恒定參量，來統計收到的數據包數，或者把收到的數據包數作為恒定參量，來統計時間間隔，而該文主要采用了后一種辦法。

　　對于網絡特性參數的測試，可以利用依據RTP協議編寫的函數庫jrtplib-3.7.1和jrtpthread-1.2.1，該函數庫具有很好的兼容性，可以在多種操作系統中應用。這里主要將其應用在基于達芬奇架構的TMS320DM365開發平臺上和VC2008開發軟件中。

　　2 CDMA2000 EVDO網絡測試數據分析

　　2.1 實驗硬件平臺

　　客戶端：TMS320DM365開發平臺+CDMA2000 EVDO模塊(MC8630)

　　服務器：VC2008開發軟件和有線網絡

　　2.2 實驗數據測試

　　測試條件：在同一時間段內進行連續測量，數據流量為每收到100個數據包計算一次，時間抖動為每兩個數據包計算一次，丟包率為收到數據包后每5 s計算一次，數據包大小為1 kB。

　　1)網絡傳輸數據的實時統計分析，如圖1至圖4所示。其中圖1和圖2是在平均數據流量為86.3 kB/s的條件下測試所得，圖3和圖4是在平均數據流量為32.6 kB/s的條件下測試所得。

　　從圖1和圖2可以看出，時間抖動和丟包間隔是同步變化的，而且時間抖動比較劇烈，數據包丟失的也較多。

　　從圖3和圖4可以看出，時間抖動變化比較緩和，丟失的數據包也相對較少。

　　2)網絡傳輸數據的整體對比，如表1所示。

　　從表1中可以看出，網絡傳輸過程中的平均數據流量越高，平均時間抖動就越大，平均丟包率也越高。而當平均數據流量降至32.6 kB/s時，平均丟包率已經降至1%以下。

　　綜合以上實驗數據，可以得出如下結論：發送數據速率(即數據流量)是決定CDMA2000 EVDO網絡傳輸特性的關鍵因素。而且，當前網絡帶寬一定的前提下，發送數據速率越高，時間抖動就越大，丟包率就越高;反之亦然。

　　3 基于TMS320DM365平臺的速率整形

　　3.1 TMS320DM365平臺的硬件編碼特性分析

　　TMS320DM365是TI的DaVinci系列的雙核處理器，采用DSP進行硬件視頻編碼，將輸入的BT.656格式的視頻流編碼為標準的H.264碼流輸出，該碼流會伴隨著I幀或P幀的產生而出現頻繁的數據抖動。而根據以上實驗總結的CDMA2000EVDO網絡的傳輸特性，當這種抖動的碼流直接通過網絡傳輸的時候，一旦瞬時碼流超過網絡所能承受的帶寬，將會面臨很高的丟包率。實驗證明，這種情況下，碼流的丟包會達到60%以上，時間抖動也會超過10000(單位是RTP時間戳單位)。因此，有必要對該碼流進行速率整形，使其平滑后再通過CDMA2000 EVDO網絡傳輸。

　　3.2 H.264碼流速率整形參數分析

　　TMS320DM365開發平臺上控制輸出碼流大小的參數主要有幀率、GOP、圖像質量和圖像格式。其中，對碼流速率整形起著重要作用的參數是幀率和COP。幀率，決定著視頻圖像的播放速率。幀率越高，其圖像幀之間的間隔就越小，編碼后的數據速率就越大。GOP，是指圖像組，即每組圖像中包含多少個P幀和I幀。這兩個參數共同決定了編碼后輸出的H.264碼流的數據速率和I幀的時間間隔。于是，可以應用這組參數對需要傳輸的碼流予以速率整形。

　　3.3 速率整形的實現過程

　　該過程如圖5所示，其主要實現兩個部分的功能。

　　1)發送時間間隔的初步估計，主要是利用兩個或多個I幀之間的時間間隔除以統計的包數，得到平均時間來作為發送的時間間隔。但是，考慮到在不同視頻模式切換的過程中，會產生時間突變，這樣，得到的時間間隔就不夠精確，從而引起發送數據量的突變，使得模式切換時過度不夠平滑。所以，需要進一步修正時間間隔。

　　2)修正時間間隔主要依賴于發送緩沖區中暫存的數據量。首先為發送緩沖區中的暫存數據量設定上下限Min_buf和Max_buf;然后對該數據量進行判斷，當數據量處于Min_buf和Max_buf之間時，說明發送數據正常，就可以使用初步估計的時間間隔;當數據量低于下限Min_buf時，說明發送數據的速率過快，就需要將初步估計的時間延時，以降低發送速率，從而使緩沖區里的數據量恢復到正常范圍，反之，當數據量高于上限Max_buf時，則需要縮短初步估計的時間。

　　3.4 速率整形結果測試和分析

　　經過初步速率整形之后，對視頻編碼發送端的數據速率進行測試。

　　測試條件為：圖像格式CIF，幀率15 f/s，GOP=15，圖像質量為A。

　　測試結果如圖6所示。