[发明专利]基于喷泉码的实时TCP传输协议

说明书

技术领域

本发明属于多媒体实时传输技术领域，特别涉及基于喷泉码的实时TCP传输协议。

背景技术

现有的TCP是一种面向连接的可靠传输协议，它在设计之初并没有考虑实时传输，其主要目的是为了保证传输的可靠性。多媒体实时传输中，对传输的可靠性要求较低，需要较高的实时性。因此，TCP的丢包重传机制使其在多媒体传输中难以保证较高的实时性。

IETF在1998年提出的实时传输协议RTP/RTCP，是基于UDP的实时传输协议，RTP通过UDP进行数据传输，能够提供较好的实时性。RTCP主要用于流量控制和拥塞控制等。在高丢包率和时延的无线网络中，多媒体报文不会因为频繁的丢包影响实时性，并且较高的时延也不会限制传输的吞吐量，避免了TCP中由于丢包所造成的重传等问题。

现有的实时传输协议RTP/RTCP和RTSP都是使用UDP进行数据传输，虽然可以很好的保证实时性，但与传统TCP相比，它们是不可靠传输，并且无法提供公平的传输，被很多防火墙所屏蔽。多媒体中非关键帧的丢失对整个视频影响较小可忽略不计，而关键帧的丢失则会严重影响与其关联帧的恢复，视频的画面也会有较大的跳动。此外，在画面跳动较小的视频中，关键帧的丢失会严重影响视频质量，并且会造成大量非关键帧的无效传输，浪费网络资源。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于喷泉码的实时TCP传输协议，对现有TCP协议进行扩展，保证了关键帧的可靠传输和多媒体的质量，因此，本协议在保证关键帧可靠传输的前提下，实现了公平、实时的传输。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于喷泉码的实时TCP传输协议，在TCP传输前，将多媒体数据帧中的关键帧利用喷泉码进行分段编码，传输时每个TCP报文包含当前所需要的非关键帧原始数据和下一关键帧编码包。

基于喷泉码的实时TCP传输协议用于多媒体的传输，依次包括以下步骤：

步骤一，初始化：p←0，建立TCP连接后，对首个关键帧进行喷泉码编码并进行冗余传输，直到解码成功率达到δ；

步骤二，传输过程中根据ACK信息实时更新丢包率p，并计算下一关键帧的大小T和该帧之前所有非关键帧总大小S，(n，Δn，ΔS)←(0，0，S)；

步骤三，根据网络质量和传送接收双方CPU处理能力确定编码包大小k，计算发送方至少发送的编码包数n′←[T/k-log₂(1-δ)-n]/(1-p)-Δn(1-p)；

步骤四，根据n′、ΔS和k来封装TCP报文，以保证关键帧和非关键帧同时传输完成，封装可采用传统IP分组封装方法完成；

步骤五，当收到ACK时，实时更新链路信息和多媒体数据帧的传输情况，若当前关键帧尚未传输完则继续执行步骤三，否则执行步骤二；

步骤六，当数据全部传输完毕时，链路断开连接；

以上步骤中，n为已成功收到的该关键帧有效编码包数，δ为解码成功率，ΔS为剩余非关键帧大小，Δn为已发送但仍未收到的编码包数。

在视频压缩中，每帧代表一幅静止的图像，而在实际压缩时，会采取各种算法减少数据的容量，其中IPB帧就是最常见的。

I帧表示关键帧，可以理解为这一帧画面的完整保留；因为包含完整画面，解码时只需要本帧数据就可以完成。

PB帧为非关键帧：

P帧表示的是这一帧跟之前的一个关键帧(或P帧)的差别，解码时需要用之前缓存的画面叠加上本帧定义的差别，生成最终画面。即：差别帧，P帧没有完整画面数据，只有与前一帧的画面差别的数据。

B帧是双向差别帧，也就是B帧记录的是本帧与前后帧的差别。

本发明与现有技术相比，本方案结合喷泉码的特征和多媒体的传输需求，对关键帧进行编码冗余传输，通过合理的调度，有效关键帧的可靠性和传输的实时性；根据网络的变化实时更新并调整编码包数和链路信息，有效的提高了传输的稳定性和健壮性。

附图说明

附图是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。