一种I帧解析方法上行组播数据传输的方法及装置

一种I帧解析方法上行组播数据传输的方法及装置

本发明一种I帧解析方法上行组播数据传输的方法及装置属于电子信息领域。

组播（Multicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。

如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。

它提高了数据传送效率。

减少了骨干网络出现拥塞的可能性。

I帧（I frame）又称为内部画面 (intra picture)，I 帧通常是每个 GOP（MPEG 所使用的一种视频压缩技术）的第一个帧，经过适度地压缩，做为随机访问的参考点，可以当成一种象。

在MPEG编码的过程中，部分视频帧序列压缩成为I帧；部分压缩成P帧；还有部分压缩成B帧。

I帧法是帧内压缩法，也称为“关键帧”压缩法。

I帧法是基于离散余弦变换DCT（Discrete Cosine Transform）的压缩技术，这种算法与JPEG压缩算法类似。

采用I帧压缩可达到1/6的压缩比而无明显的压缩痕迹。

数据传输（data transmission）就是依照适当的规程，经过一条或多条链路，在数据源和数据宿之间传送数据的过程。

也表示借助信道上的信号将数据从一处送往另一处的操作。

（一）              定义及应用

数据传输（data transmission）就是依照适当的规程，经过一条或多条链路，在数据源和数据宿之间传送数据的过程。

也表示借助信道上的信号将数据从一处送往另一处的操作。

数据传输可以方便地实现远程文件和多媒体信息的传输。

一种通讯模式。

主机之间“一对一组”的通讯模式，也就是加入了同一个组的主机可以接收到此组内的所有数据，网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。

主机可以向路由器请求加入或退出某个组，网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据，即只将组内数据传输给那些加入组的主机。

这样既能一次将数据传输给多个有需要（加入组）的主机，又能保证不影响其他不需要（未加入组）的主机的其他通讯。

组播在网络中的应用：

在组播方式中，信息的发送者称为“组播源”，信息接收者称为该信息的“组播组”，支持组播信息传输的所有路由器称为“组播路由器”。国际电信联盟无线电通信部也已经达成共识，将把移动通信系统同其他系统结合起来，在2010年之前是数据传输数率达到100Mbps。对于更高级的3G系统，ITU决定同时发展IMT-2000的两个标准——提高数据包和声音文件的传输速率——被日本NTT DoCoMo和J-Phone两家公司采用的WCDMA将能最大达到8Mbps的下载速率，而CDMA2000系统也将达到2.4Mbps的速率。同时ITU对外发表声明说第四代移动通信的频段尚未被讨论与制订，不过原则上将会是以高频段频谱为主，另外也将会使用到微波相关的技术与频段。

第四代移动通信系统应具备以下几种基本特性：

(1)完全集中的服务：个人通信、信息系统、广播和娱乐等各项业务将会结合成一个整体，提供给用户比以往更广泛的服务和应用；系统的使用将会更加的安全、方便以及更加照顾用户的个性。

(2)无所不在的移动接入：在4G系统中，移动接入将是提供话音、高速信息业务、广播以及娱乐等业务的主要接入方式，人们可以随时、随地接入到系统中。

(3)各式各样的用户设备：用户将使用各式各样的移动设备接入到4G系统中来。设备与人之间的交流不再仅仅是简单的听、说、看，还可以通过其他途径与用户进行交流。这将大在方便人们的使用，特别是某些残疾用户的使用。

(4)自治的网络结构：4G系统的网络将是一个完全自治的、自适应的网络，它可以自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。

 接入方式根据不同的应用环境，无线局域网采用的拓扑结构主要有网桥连接型、访问节点连接型、HUB接入型和无中心型四种。

1、网桥连接型。该结构主要用于无线或有线局域网之间的互连。当两个局域网无法实现有线连接或使用有线连接存在困难时，可使用网桥连接型实现点对点的连接。在这种结构中局域网之间的通信是通过各自的无线网桥来实现的，无线网桥起到了网络路由选择和协议转换的作用。

2、访问节点连接型。这种结构采用移动蜂窝通信网接入方式，各移动站点间的通信是先通过就近的无线接收站（访问节点：AP）将信息接收下来，然后将收到的信息通过有线网传入到“移动交换中心”，再由移动交换中心传送到所有无线接收站上。这时在网络覆盖范围内的任何地方都可以接收到该信号，并可实现漫游通信。

3、HUB接入型。在有线局域网中利用HUB可组建星型网络结构。同样也可利用无线AP组建星型结构的无线局域网，其工作方式和有线星型结构很相似。但在无线局域网中一般要求无线AP应具有简单的网内交换功能。

4、无中心型结构。该结构的工作原理类似于有线对等网的工作方式。它要求网中任意两个站点间均能直接进行信息交换。每个站点即是工作站，也是服务器。

 网络产品无线网络产品。

Wireless

1、通用性――可同时支持多个现场协议和应用的单一平台；

2、简易性――易于理解、操作和维护的系统；

3、有效性――节约频谱和功率的可扩充网络。

以上关键特性带来如下优势：

1、应用于整个工厂的单一无线设施可将总所有权成本降到最低；

2、同时连接多项已安装的工业协议（如HART、OPC、Modbus等）；

3、与现有的工业安全产品实现无缝集成；

4、最可靠的网络――经过现场验证可提供最长正常运行时间；

5、目前最为灵活的可升级工厂无线系统。

WLAN

WLAN通信系统作为有线 LAN 以外的另一种选择一般用在同一座建筑内。WLAN 使用 ISM (Industrial、Scientific、Medical)无线电广播频段通信。WLAN 的802.11a标准使用 5 GHz 频段，支持的最大速度为 54 Mbps，而802.11b和802.11g标准使用 2.4 GHz 频段，分别支持最大 11 Mbps 和 54 Mbps 的速度。

WLAN 类似于有线以太网，它们都是从同一地址池分配 MAC (Media Access Control) 地址，并且都是作为以太网设备出现在操作系统的网络设备层。例如，ARP(Address Resolution Protocol) 表是用 WLAN MAC 地址和以太网 MAC 地址填充的。然而 WLAN 与有线以太网在链路层有很大的区别。例如，802.11标准使用冲突避免（CSMA/CA）代替有线以太网的冲突检测（CSMA/CD）。而且，与以太网帧不同的是，WLAN 帧是被确认的。

由于 WLAN 工作站之间的模糊边界，WLAN链路层拥有在传送前清除一个区域的协议。出于安全性考虑，WLAN 的 Wired Equivalent Privacy (WEP) 加密机制提供与有线网络相同的安全级别。WEP 将 40 比特或 104 比特密钥与随机的 24 比特初始向量组合用以加解密数据。WLAN 支持两种通信模式：Ad Hoc 模式用于小组工作站之间不必使用访问点的短时间内通信，而 Infrastructure 模式的所有通信必须通过访问点。访问点周期性地广播一个服务集标识符（SSID），SSID 用于将一个 WLAN网络与其他网络区别开来。

大多数可用的WLAN卡是基于 Intersil Prism 或 Lucent Hermes芯片组的。Compaq、Nokia、Linksys 和 D-Link 卡使用 Prism 芯片组，而 Lucent Orinoco 卡和 Apple Airport 使用 Hermes 芯片组。

Linux WLAN 支持由 WLAN API 实现和 WLAN 设备驱动程序组成。有两个 Linux 项目定义一般的 WLAN API，并且提供工具让用户空间应用程序配置参数和存取来自 WLAN 设备驱动程序的信息。Wireless Extensions 项目为不同的无线网卡提供公共的 Linux用户空间接口。这个项目的工具包括iwconfig用以配置参数（比如 WLAN 驱动程序中的 WEP 关键字及 SSID）。linux-wlan 项目作为 Wireless Extensions 项目一部分，也支持一系列用于从用户空间与 WLAN 设备驱动程序交互的工具。与基于 Wireless Extensions 的工具不同，这些工具使用类似于 SNMP (Simple Network Management Protocol) MIB (Management Information Base) 的语法，该语法反映IEEE 802.11规范。继续讨论设备驱动程序，支持流行的 WLAN 卡的Linux设备驱动程序包括：

Orinoco WLAN 驱动程序：是 Linux内核源代码的一部分，支持基于 Hermes 的卡和基于 Intersil Prism 的卡。 orinoco_cs 模块提供了 PCMCIA 和 CF 卡所必需的 PCMCIA 卡服务支持。

linux-wlan 项目的 linux-wlan-ng 驱动程序：支持多种基于 Prism 芯片组的卡。这个驱动程序支持 linux-wlan API 并部分支持 Wireless Extensions。

Host AP 设备驱动程序：支持 Prism 芯片组的 AP 模式，可以使 WLAN 主机起访问点的作用。

Linux Symbol Spectrum 设备驱动程序：支持 Symbol PCMCIA 卡。不同于 PCMCIA 卡，Symbol CF 卡缺乏板载固件，它依靠设备驱动程序来下载固件。该驱动程序的一个单独版本适用于 CF 卡。Intel 将 Symbol PCMCIA 卡重新打包为 Intel PRO/Wireless 卡，而 Socket 通信重新打包了 Symbol CF 卡。

Atmel USB WLAN 驱动程序：利用 Atmel 芯片组支持许多 USB WLAN 设备。

加入同一组播组的接收者成员可以广泛分布在网络中的任何地方，即“组播组”没有地域限制。

需要注意的是，组播源不一定属于组播组，它向组播组发送数据，自己不一定是接收者。

多个组播源可以同时向一个组播组发送报文，帧是组成视频一种像的基本单位。

关键帧也叫I帧，它是帧间压缩编码里的重要帧；它是一个全帧压缩的编码帧；解码时仅用I帧的数据就可重构完整一种像；I帧不需要参考其他画面而生成。

视频文件是由多个连续的一种片组成。

在视频会议系统中，终端发送给MCU（或者MCU发送给终端）的一种像，并不是每次都把完整的一幅幅一种片发送到远端，而只是发送后一幅画面在前一幅画面基础上发生变化的部分。

如果在网络状况不好的情况下，终端的接收远端或者发送给远程的画面就会有丢包而出现一种像花屏、一种像卡顿的现象，在这种情况下如果没有I帧机制来让远端重新发一幅新的完整的一种像到本地（或者本地重新发一幅新的完整的一种像给远端），终端的输出一种像的花屏、卡顿现象会越来越严重，从而造成会议无法正常进行。

在视频画面播放过程中，若I帧丢失了，则后面的P帧也就随着解不出来，就会出现视频画面黑屏的现象；若P帧丢失了，则视频画面会出现花屏、马赛克等现象。

在视频会议系统中I帧只会在会议限定的带宽内发生，不会超越会议带宽而生效。

I帧机制不仅存在于MCU中，电视墙服务器、录播服务器中也存在。

就是为了解决在网络状况不好的情况下，出现的丢包而造成的如一种像花屏、卡顿，而影响会议会正常进行。

IP组播（也称多址广播或多播）技术，是一种允许一台或多台主机（组播源）发送单一数据包到多台主机（一次的，同时的）的TCP/IP网络技术。

组播作为一点对多点的通信，是节省网络带宽的有效方法之一。

在网络音频/视频广播的应用中，当需要将一个节点的信号传送到多个节点时，无论是采用重复点对点通信方式，还是采用广播方式，都会严重浪费网络带宽，只有组播才是最好的选择。

组播能使一个或多个组播源只把数据包发送给特定的组播组，而只有加入该组播组的主机才能接收到数据包。

目前，IP组播技术被广泛应用在网络音频/视频广播、AOD/VOD、网络视频会议、多媒体远程教育、"push"技术（如股票行情等）和虚拟现实游戏等方面。 

IP组播通信必须依赖于IP组播地址，在IPv4中它是一个D类IP地址，范围从224.0.0.0到239.255.255.255，并被划分为局部链接组播地址、预留组播地址和管理权限组播地址三类。

其中，局部链接组播地址范围在224.0.0.0~224.0.0.255，这是为路由协议和其它用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包；预留组播地址为224.0.1.0~238.255.255.255，可用于全球范围（如Internet）或网络协议。

管理权限组播地址239.0.0.0~239.255.255.255，可供组织内部使用，类似于私有IP地址，不能用于Internet，可限制组播范围。 

使用同一个IP组播地址接收组播数据包的所有主机构成了一个主机组，也称为组播组。

一个组播组的成员是随时变动的，一台主机可以随时加入或离开组播组，组播组成员的数目和所在的地理位置也不受限制，一台主机也可以属于几个组播组。

此外，不属于某一个组播组的主机也可以向该组播组发送数据包。 

为了向所有接收主机传送组播数据，用组播分布树来描述IP组播在网络中传输的路径。组播分布树有两个基本类型：有源树和共享树。 

有源树是以组播源作为有源树的根，有源树的分支形成通过网络到达接收主机的分布树，因为有源树以最短的路径贯穿网络，所以也常称为最短路径树（SPT）。 

共享树以组播网中某些可选择的组播路由中的一个作为共享树的公共根，这个根被称为汇合点（RP）。

共享树又可分为单向共享树和双向共享树。单向共享树指组播数据流必须经过共享树从根发送到组播接收机。

双向共享树指组播数据流可以不经过共享树。 

逆向路径转发（RPF）是组播路由协议中组播数据转发过程的基础，其工作机制是当组播信息通过有源树时，组播路由器检查到达的组播数据包的组播源地址，以确定该组播数据包所经过的接口是否在有源的分支上，如果在，则RPF检查成功，组播数据包被转发；如果RPF检查失败，则丢弃该组播数据包。 

Internet组播主干（MBONE）网络是由一系列相互连接的子网主机和相互连接支持IP组播的路由器组成。

它可以看成是一个架构在Internet物理网络上层的虚拟网，在该虚拟网中，组播源发出的组播信息流可直接在支持IP组播的路由器组之间传输，而在组播路由器组和非组播路由器组之间要通过点对点隧道技术进行传输。 

随着全球互联网（Internet）的迅猛发展，上网人数正以几何级数快速增长，以因特网技术为主导的数据通信在通信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激烈的领域。

Internet网络传输和处理能力的大幅提高，使得网上应用业务越来越多，特别是视音频压缩技术的发展和成熟，使得网上视音频业务成为Internet网上最重要的业务之一。

在Internet上实现的视频点播（VOD）、可视电话、视频会议等视音频业务和一般业务相比，有着数据量大、时延敏感性强、持续时间长等特点。

因此采用最少时间、最小空间来传输和解决视音频业务所要求的网络利用率高、传输速度快、实时性强的问题，就要采用不同于传统单播、广播机制的转发技术及QoS服务保证机制来实现，而IP组播技术是解决这些问题的关键技术在Internet网络发展的过程中，组播是一个旧概念而不是一个新概念。

但它由于各种原因发展比较缓慢。

IP组播的概念于1988年最早出现在Steve Deering的博士论文中，在1989年SteveDeering对标准IP网络层协议进行了扩展，提出了IP组播规范；1992年3月第一次建立组播主干网MBone，IETF并成功地在组播网上举行了一次会议，才引起人们的广泛关注。

而第一个WWW浏览器出现在1990年，到1993年已发展到100个WWW站点，所以组播和WWW虽处于同一时期，但组播的发展远远慢于WWW，主要原因是IP组播通信模式需要相当状态和复杂性的路由器，要求路由器能提供每个组和每个源的信息状态，并且随着Internet网络的越来越复杂给组播的进一步的发展带来了困难。

后来，出现了一些设计精巧的组播路由协议（如PIM-DM、PIM-SM），使组播IP包能正确而又迅速地发送给成千上万的接收者，IP组播的技术和应用开始快速发展。

目前，IP组播可以运行在任意构造的网络之上，包括因特网、ATM、帧中继、SMDS和卫星，涉及网络的许多领域，能应用在视频和电信会议、多媒体种类、新闻发布和那些来自太空的远程实况广播。

组播技术是IP网络数据传输三种方式之一，在介绍IP组播技术之前，先对IP网络数据传输的单播、组播和广播方式做一个简单的介绍

单播（Unicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。

如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份的相同数据包。

如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。

组播（Multicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。

如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。

它提高了数据传送效率。

减少了骨干网络出现拥塞的可能性。

广播（Broadcast）传输：是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。

广播意味着网络向子网每一个主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。

所以广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和网络设备控制广播传输。

组播解决了单播和广播方式效率低的问题。

当网络中的某些用户需求特定信息时，组播源（即组播信息发送者）仅发送一次信息，组播路由器借助组播路由协议为组播数据包建立树型路由，被传递的信息在尽可能远的分叉路口才开始复制和分发。

基带传输是指由数据终端设备（DTE）送出的二进制“1”或“0”的电信号直接送到电路的传输方式。

基带信号未经调制，可以经过码形变换（或波形变换）进行驱动后直接传输。

基带信号的特点是频谱中含有直流、低频和高频分量，随着频率升高，其幅度相应减小，最后趋于零。

基带传输多用在短距离的数据传输中，如近程计算机间数据通信或局域网中用双绞线或同轴电缆为介质的数据传输。

大多数传输信道是带通型特性，基带信号通不过。

采用调制方法把基带信号调制到信道带宽范围内进行传输，接收端通过解调方法再还原出基带信号的方式，称为频带传输。

这种方式可实现远距离的数据通信，例如利用电话网可实现全国或全球范围的数据通信。

数字数据传输是利用数字话路传输数据信号的一种方式。

利用PCM（脉冲编码调制）数字电话通路，每一个话路可以传输64kbit/s的数据信号，不需要调制，效率高，传输质量好，是数据通信很好的一种传输方式。

并行传输是构成字符的二进制代码在并行信道上同时传输的方式。

8单位代码字符要用8条信道并行同时传输，一次即可传一个字符，收、发双方不存在字符同步问题，速度快，但信道多、投资大，数据传输中很少采用。

不适于做较长距离的通信，常用于计算机内部或在同一系统内设备间的通信。

串行传输是构成字符的二进制代码在一条信道上以位（码元）为单位，按时间顺序逐位传输的方式。

按位发送，逐位接收，同时还要确认字符，所以要采取同步措施。速度虽慢，但只需一条传输信道，投资小，易于实现，是数据传输采用的主要传输方式，也是计算机通信采取的一种主要方式。

异步传输是字符同步传输的方式，又称起止式同步。

当发送一个字符代码时，字符前面要加一个“起”信号，长度为1个码元宽，极性为“0”，即空号极性；而在发完一个字符后面加一个“止”信号，长度为1，1.5（国际2号代码时用）或2个码元宽，极性为“1”，即传号极性。接收端通过检测起、止信号，即可区分出所传输的字符。

字符可以连续发送，也可单独发送，不发送字符时，连续发送止信号。

每一个字符起始时刻可以是任意的，一个字符内码元长度是相等的，接收端通过止信号到起信号的跳变（“1” “0”）来检测一个新字符的开始。

该方式简单，收、发双方时钟信号不需要精确同步。缺点是增加起、止信号，效率低，使用于低速数据传输中。

同步传输是位（码元）同步传输方式。

该方式必须在收、发双方建立精确的位定时信号，以便正确区分每位数据信号。

在传输中，数据要分成组（或称帧），一帧含多个字符代码或多个独立码元。

在发送数据前，在每帧开始必须加上规定的帧同步码元序列，接收端检测出该序列标志后，确定帧的开始，建立双方同步。

接收端DCE从接收序列中提取位定时信号，从而达到位（码元）同步。

同步传输不加起、止信号，传输效率高，使用于2 400 bit/s以上数据传输，但技术比较复杂。

单工传输指数据只能按单一方向发送和接收；半双工传输指数据可以在两个方向传输但不能同时进行，即交替收、发；全双工传输指数据可以在两个方向同时传输，即同时收和发。

一般四线线路为全双工数据传输，二线线路可以实现全双工数据传输。