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[摘 要]随着移动通信业务与技术水平的不断提高，无线通信应用越来越广泛。除了基本的语音服务之外，无线网络逐渐拓展到高速数据、多媒体、数据图像业务等领域。在全新移动多媒体环境下，给无线传输系统的设计提出了全新要求。
[关键词]无线视频；传输系统；原理与设计
中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0011-01
引文
由于无线网络传输速率的提高，无线视频传输逐渐成为人们研究的热点。与传统的有线网络视频传输相比，无线网络视频传输系统安装便捷、使用灵活、维护方便、易于扩展、性价比高，逐渐成为视频传输系统研究开发的主流。无线视频传输系统可以广泛地应用于视频监控、信息家电、智能小区、远程抄表等领域，因此对无线视频传输系统的开发和研究有着重要的意义。
1.无线视频传输系统的原理与特征
与传统的有线网络相比，无线传输环境的信道环境较为恶劣，再加上网络时代的时变性、Qos保障的复杂性等特点，给无线视频传输服务提出了更多挑战，尤其体现了视频图像编码、传输技术、压缩技术等应用特点。
1.1 信道资源有限
虽然视频数据经过了压缩编码处理，但是仍然需要较多的传输频带，例如，电视质量编码、传输容量等。但是鉴于恶劣的无线信道环境，而带宽资源比较匮乏，因此给数据传输带来更高要求。虽然目前蓝牙技术日益发展与完善，但是以藍牙2.0协议来看，最多只能支持3M左右的传输速率。
1.2 实时性要求较高
以传统的通信数据来看，视频通讯的实时性、完整性要求较高。但是在多媒体应用中，点到点延迟一般在150ms范围内。在这一过程中，除了实现数据和发送端、接收端的压缩和解压缩功能之外，还应包含延迟传输。
1.3 Qos质量保障
与传统的移动通信系统相比，普遍存在误码率高现象。在无线通信的传输过程中，带来Qos质量影响的因素较多，包括用户数量变化、环境变化、天气变化等。为了实现宽带的压缩，应该在发送端，压缩视频信息。同时认识到，压缩之后的数据相比压缩之前的数据，对传输误差更敏感，而极少的误差也可能造成重建视频质量的大幅下降，对Qos产生直接影响。因此，在无线通信系统中，实行视频发展，具有一定难度，这就要求传输系统与视频编解码必须解决高误码比、包丢失等问题，以此确保Qos质量。
2.无线网络接入方式
目前，无线网络接入方式主要有：2G的GPRS，3G的CDMA ，和以WiFi技术为代表的无线局域网。
无线视频传输对于误码率、切换效率、时延、带宽稳定性等方面要求较高，欧洲、美国、韩国一些国家已经运营基于2G网络的家庭无线移动监控业务，但由于无线网络带宽受限，存在时延较大和图像清晰度差的问题，效果不尽如人意。国内的一些研究者也有采用GPRS网络进行无线视频传输的，但是成功案例并不多。
3G网络高至2 Mb/s的速率将为无线视频传输提供有力的支持，无线网络带宽的瓶颈再一次被突破。3G主要的技术优点是极大地增加了系统容量、提高了通信质量和数据传输速率，不少研究者在此基础上研究设计无线视频传输系统，实现了相比于2G更高清晰度、更加流畅的视频图像。
基于IEEE802.11协议的无线局域网WLAN可以提供高达54 Mb/s的传输速率，其带宽足以应对视频数据的传输。WLAN具有安装便捷、维护方便、易于扩展、保密性强等特点，相较于其他无线接入方式还具有经济性好、部署容易、局部最优等优势。因此，许多研究者采用无线局域网络进行无线视频传输，并取得较理想的实验效果。
以上的无线网络接入方式各有特色，但也存在各自的问题：
1）基于2G/3G无线移动网络的视频传输系统业务承载速率较低，画面清晰度差；
2）基于WLAN无线局域网的视频传输系统的摄像头无法满足摄像前端高速跨区移动的需求。
LTE作为3G的长期演进，在当前的移动行业无疑是最引人关注的话题。其下行峰值速率为100 Mb/s、上行峰值速率为50 Mb/s，被视作从3G向4G演进的主流技术。未来即将成熟的LTE？Advanced，下行峰值速率为1 Gb/s、上行峰值速率为500 Mb/s。因此，基于LTE的无线网络带宽完全可以与有线网络媲美。
LTE/LTE？Advanced具有高带宽、低时延、低成本等优势，比其他无线网络更加适合大规模开展无线视频传输业务。基于LTE/LTE？Advanced的无线视频传输系统主要有以下特点：实现高清视频图像传输；实现高质量视频传输业务的移动化；保障视频传输设备的小型化。
采用LTE网络进行无线视频传输可有效解决当前无线视频传输面临的主要问题，为用户提供低成本高清晰度的视频图像，可以应用于车载、即摄即传、工地及其他偏远地区的视频监控等行业，未来必将极大地带动无线视频传输业务的发展。
3. 无线视频传输系统的设计
鉴于视频传输数据的特殊性，无线视频传输系统中，对实时性的要求较高。以下将对视频编码协议中的实时性问题进行具体分析与阐述。在小波编码算法中，存在较多优点，但是算法较为复杂，目前与实时性的要求甚远。基于协议编码计算的基本环节，对提高无线视频传输系统的实时性具有重要意义。？
3.1 运动模式的估计
通过对编码的预测，可有效减少时间域的冗余信息。运动模式的估计，是预测编码的关键环节。在参考帧中，寻找与目前帧图像块基本类似的图像块，也就是最佳匹配块。一般估计结果由运动量来体现。研究运动模式的估算方法，主要就是研究相匹配的搜索算法。经分析研究表明，在原始的运动估算法中，编码器消耗了大约70%的编码器执行时间。因此，为了加快编码器的执行速度，必须加快估计算法的研究，可实现全局结果，但是由于运算量比较大，在实际应用中存在一定弊端。通过减少搜索时间与空间的方式，采取快速估计算法，加快搜索过程。在实际应用中，快速搜索的典型算法主要有：二维对数法、三步搜索法、交叉搜索法以及共轭方向搜索法。
3.2 算法结构的并存
在并行的处理结构体系中，一般利于系统处理能力的提高，再加上视频编码的计算方法处理潜力较强。因此，加强对并行运算方法的编码计算研究，可确保编码算法的顺利实现。例如，在两个处理器并存的情况下，可以同时实现图像块运动或DCT变换。这样，就可极大缩小运动估计与DCT的变换环节运算。
3.3 专业DSP设计
在微电子计算发展过程中，DSP的专业芯片也有所进步。目前，基本实现了几十甚至上百BOPS每秒的运算速度，提高DSP应用性能。这给系统的实时处理能力，提供了硬件保障。通过利用高速DSP芯片，在视频编码算法研究中，扮演重要的角色，给很多厂商提供了专用芯片。
综上所述，无线视频传输系统是一个综合性的系统，其发展受制于各种相关技术的发展。在不断发展的嵌入式技术、网络技术和多媒体技术的综合推动下，无线视频传输系统即将进入快速发展期，并朝着产业化、智能化、高清化发展。
参考文献
[1]杨涛.基于S3C244100的网络视频传输系统的设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2012.
作者简介
张瑞寰，青海油田通信公司信息管理中心，助理工程师，专业，通信工程。
章蕊，青海油田通信公司信息管理中心，助理工程师，专业，电子信息工程。
[关键词]无线视频；传输系统；原理与设计
中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0011-01
引文
由于无线网络传输速率的提高，无线视频传输逐渐成为人们研究的热点。与传统的有线网络视频传输相比，无线网络视频传输系统安装便捷、使用灵活、维护方便、易于扩展、性价比高，逐渐成为视频传输系统研究开发的主流。无线视频传输系统可以广泛地应用于视频监控、信息家电、智能小区、远程抄表等领域，因此对无线视频传输系统的开发和研究有着重要的意义。
1.无线视频传输系统的原理与特征
与传统的有线网络相比，无线传输环境的信道环境较为恶劣，再加上网络时代的时变性、Qos保障的复杂性等特点，给无线视频传输服务提出了更多挑战，尤其体现了视频图像编码、传输技术、压缩技术等应用特点。
1.1 信道资源有限
虽然视频数据经过了压缩编码处理，但是仍然需要较多的传输频带，例如，电视质量编码、传输容量等。但是鉴于恶劣的无线信道环境，而带宽资源比较匮乏，因此给数据传输带来更高要求。虽然目前蓝牙技术日益发展与完善，但是以藍牙2.0协议来看，最多只能支持3M左右的传输速率。
1.2 实时性要求较高
以传统的通信数据来看，视频通讯的实时性、完整性要求较高。但是在多媒体应用中，点到点延迟一般在150ms范围内。在这一过程中，除了实现数据和发送端、接收端的压缩和解压缩功能之外，还应包含延迟传输。
1.3 Qos质量保障
与传统的移动通信系统相比，普遍存在误码率高现象。在无线通信的传输过程中，带来Qos质量影响的因素较多，包括用户数量变化、环境变化、天气变化等。为了实现宽带的压缩，应该在发送端，压缩视频信息。同时认识到，压缩之后的数据相比压缩之前的数据，对传输误差更敏感，而极少的误差也可能造成重建视频质量的大幅下降，对Qos产生直接影响。因此，在无线通信系统中，实行视频发展，具有一定难度，这就要求传输系统与视频编解码必须解决高误码比、包丢失等问题，以此确保Qos质量。
2.无线网络接入方式
目前，无线网络接入方式主要有：2G的GPRS，3G的CDMA ，和以WiFi技术为代表的无线局域网。
无线视频传输对于误码率、切换效率、时延、带宽稳定性等方面要求较高，欧洲、美国、韩国一些国家已经运营基于2G网络的家庭无线移动监控业务，但由于无线网络带宽受限，存在时延较大和图像清晰度差的问题，效果不尽如人意。国内的一些研究者也有采用GPRS网络进行无线视频传输的，但是成功案例并不多。
3G网络高至2 Mb/s的速率将为无线视频传输提供有力的支持，无线网络带宽的瓶颈再一次被突破。3G主要的技术优点是极大地增加了系统容量、提高了通信质量和数据传输速率，不少研究者在此基础上研究设计无线视频传输系统，实现了相比于2G更高清晰度、更加流畅的视频图像。
基于IEEE802.11协议的无线局域网WLAN可以提供高达54 Mb/s的传输速率，其带宽足以应对视频数据的传输。WLAN具有安装便捷、维护方便、易于扩展、保密性强等特点，相较于其他无线接入方式还具有经济性好、部署容易、局部最优等优势。因此，许多研究者采用无线局域网络进行无线视频传输，并取得较理想的实验效果。
以上的无线网络接入方式各有特色，但也存在各自的问题：
1）基于2G/3G无线移动网络的视频传输系统业务承载速率较低，画面清晰度差；
2）基于WLAN无线局域网的视频传输系统的摄像头无法满足摄像前端高速跨区移动的需求。
LTE作为3G的长期演进，在当前的移动行业无疑是最引人关注的话题。其下行峰值速率为100 Mb/s、上行峰值速率为50 Mb/s，被视作从3G向4G演进的主流技术。未来即将成熟的LTE？Advanced，下行峰值速率为1 Gb/s、上行峰值速率为500 Mb/s。因此，基于LTE的无线网络带宽完全可以与有线网络媲美。
LTE/LTE？Advanced具有高带宽、低时延、低成本等优势，比其他无线网络更加适合大规模开展无线视频传输业务。基于LTE/LTE？Advanced的无线视频传输系统主要有以下特点：实现高清视频图像传输；实现高质量视频传输业务的移动化；保障视频传输设备的小型化。
采用LTE网络进行无线视频传输可有效解决当前无线视频传输面临的主要问题，为用户提供低成本高清晰度的视频图像，可以应用于车载、即摄即传、工地及其他偏远地区的视频监控等行业，未来必将极大地带动无线视频传输业务的发展。
3. 无线视频传输系统的设计
鉴于视频传输数据的特殊性，无线视频传输系统中，对实时性的要求较高。以下将对视频编码协议中的实时性问题进行具体分析与阐述。在小波编码算法中，存在较多优点，但是算法较为复杂，目前与实时性的要求甚远。基于协议编码计算的基本环节，对提高无线视频传输系统的实时性具有重要意义。？
3.1 运动模式的估计
通过对编码的预测，可有效减少时间域的冗余信息。运动模式的估计，是预测编码的关键环节。在参考帧中，寻找与目前帧图像块基本类似的图像块，也就是最佳匹配块。一般估计结果由运动量来体现。研究运动模式的估算方法，主要就是研究相匹配的搜索算法。经分析研究表明，在原始的运动估算法中，编码器消耗了大约70%的编码器执行时间。因此，为了加快编码器的执行速度，必须加快估计算法的研究，可实现全局结果，但是由于运算量比较大，在实际应用中存在一定弊端。通过减少搜索时间与空间的方式，采取快速估计算法，加快搜索过程。在实际应用中，快速搜索的典型算法主要有：二维对数法、三步搜索法、交叉搜索法以及共轭方向搜索法。
3.2 算法结构的并存
在并行的处理结构体系中，一般利于系统处理能力的提高，再加上视频编码的计算方法处理潜力较强。因此，加强对并行运算方法的编码计算研究，可确保编码算法的顺利实现。例如，在两个处理器并存的情况下，可以同时实现图像块运动或DCT变换。这样，就可极大缩小运动估计与DCT的变换环节运算。
3.3 专业DSP设计
在微电子计算发展过程中，DSP的专业芯片也有所进步。目前，基本实现了几十甚至上百BOPS每秒的运算速度，提高DSP应用性能。这给系统的实时处理能力，提供了硬件保障。通过利用高速DSP芯片，在视频编码算法研究中，扮演重要的角色，给很多厂商提供了专用芯片。
综上所述，无线视频传输系统是一个综合性的系统，其发展受制于各种相关技术的发展。在不断发展的嵌入式技术、网络技术和多媒体技术的综合推动下，无线视频传输系统即将进入快速发展期，并朝着产业化、智能化、高清化发展。
参考文献
[1]杨涛.基于S3C244100的网络视频传输系统的设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2012.
作者简介
张瑞寰，青海油田通信公司信息管理中心，助理工程师，专业，通信工程。
章蕊，青海油田通信公司信息管理中心，助理工程师，专业，电子信息工程。