摘要：WFD技术使移动视频实现成为可能，通过WFD技术规范研究，结合教育管理现状，给出了运用WFD技术，进行教学管理，学校安全检测的设计方案。
关键词：无线wifi多路音视频传输技术、无延迟实时音视频传输、WIFI 带宽扩展技术
一、概述
随着电子技术的不断发展，越来越多的手机、平板电脑、笔记本电脑等支持WiFi的终端产品越来越流行。随着网络技术和手机用户对无线通讯的需求与日俱增，出现了越来越多的无线通讯协议，直接带动了全球WiFi设备呈现迅猛增长的态势，WiFi在互联网时代作为一种短距离无线传输的技术应用，以其独有的优势备受各界的关注。而基于WiFi标准的无线网络成为了最为普及的无线组网形式。
无线网络正快速进入各个领域。现在WiFi的覆盖范围在扩展到了高级宾馆、豪华住宅区、飞机场以及咖啡厅之类的区域环境下应用。随着我国WiFi网络技术建设的加速发展，各大场所的WiFi热点数量会越来越多，相信将来无线上网的WiFi创新应用一定会有更大的市场空间。人们的工作、办公、生活、学习已经越来越离不开无线网络。同样在学校教学系统中也可以应用无线WiFi网络为教学工作提供服务。在学校教室、实验室中安装网络摄象机对教师的整个教学过程进行实时录像，将监控音视频信息通过无线WIFI传输到服务器，服务器会把采集到的信息处理成数字信号，保证信息在传输过程中不失真，并能实时传导至教学督察部门、保卫部门、相关教师手机上。这样，教学督导人员可以在手机上就能看到教学情况，不用再一个教室一个教室的来回跑了，提高了办公效率。保卫部门人员可以通过手机就能查看到每个教室的安全状况，对于突发事件可以做出最快速的处理措施。教师们可以使用手机在线选取某位老师的上课教室聆听教学内容，相互学习，达到提高教学水平的目的。这个项目的研究开发既可以提高学校各部门为学生服务的能力，也可以提高办学质量。
二、Wi-Fi技术规范研究
2.1带宽研究
Wi-Fi设备通常提供的带宽有限，用户越多，分得的带宽越低，一个繁忙的公共Wi-Fi通常有数百人连线，可用带宽大大降低。为了帮助解决这个问题，俄勒冈州立大学研究人员已经发明了一种叫做WiFO的新系统，该系统采用了红外线LED将Wi-Fi带宽提高10倍。这套系统混合使用射频（RF）和光数据链路，增强可用带宽，原型系统利用改进的LED技术，以允许红外光无线传输作为光纤千兆无线局域网的一部分。
这种系统的接收端包含简单的光电二极管来接受红外数据传输，团队将进一步开发USB端口接收器，用于移动设备或计算机中使用。
IEEE启动了两个项目打算将802.11标准数据速率提高到千兆或几千兆，很快将会有芯片支持三、四个数据流，数据速率可以分别达到450Mbps和600Mbps。2009年初，Quantenna通信表示它已经研制成功4x4芯片，可以承载高清数字电视信号流。
通过802.11s标准将这些高端节点连接起来，形成类似互联网的具有冗余能力的Wi-Fi网络。
2.2覆盖范围研究
无线芯片制造商Atheros公司的CTO William McFarland说：“新的802.11n物理层技术将使Wi-Fi功能更强大，在给定范围内数据传输速率更高，传输距离更长”。
三、WFD 技术规范研究
3.1 WFD 概念
WFD 的含义有两个，WiFi Direct和WiFi Display。
WiFi Direct 是一种P2P的无线互联技术，允许无线网络中的设备无需通过无线路由器即可相互连接，完成打印、共享、同步和显示等任务。不需要AP或者路由器，设备内置“softAP”。对等连接的双方只需一方支持WIFI Direct即可实现无线互联。同时支持基础设施网络和P2P网络。WIFI可以一对一或者一对多的方式形成设备互联。至少符合802.11g协议才可以通过WIFI Direct Certified验证。速率650Mbps ,传输距离约200米。
WiFi Display，是WiFi Alliance开发的一种规范，基于WiFi Direct推进视频/音频在目标设备的播放。WiFi Display的特点是屏幕共享，高速传输（基于802.11ac的5GHz使得Wi-Fi在物理层的速率可达1.3Gbps,实际吞吐量可达800Mbps-1Gbps）支持端到端连接，安全可靠。
3.2 WFD连接
WFD连接拓扑，一对WFD源和WFD宿必须用“WFD连接”，以便有利于所有WFD数据和控制信息传输高效。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所谓的“WFD连接”，是指“WiFi P2P”连接或者是“TDLS”连接。
3.3 音视频包格式及其封包解包过程
WFD 支持的音视频格式：
音频格式:LPC-16-48-2 (48KHz sampling,16bits,2channels)。
视频格式：H.264Codec,最小支持640X480P，60fps。
在WFD 源端，视频帧捕捉、音频采样、编码，按图6格式打包，加入密码，进入多路复用器，开始了传输之旅。连接逻辑控制是数据列车的运行信号，MAC、PHY 是数据列车的载体，把音视频数据以WiFi信号的形式发射到它的覆盖范围内。
在WFD 宿端，接收到的WiFi信号，解多路复用、解密、解包、解码，把音视频呈现在相关设备上。
四、无线WIFI 教室、实验室音视频传输技术的实现
本系统大致可分为三个部分：无线移动终端、WiFi无线传输网络和服务器，采用WFD技术架构。
（1）无线移动终端。无线移动终端分为教室内移动终端和部门移动终端，教室内移动终端由网络摄像头和无线路由器组成；部门移动终端由手机和无线路由器组成。教室内移动终端的功能是对整个教学过程进行实时录像，实现音视频信号的采集。部门移动终端软件的主要功能包括：音视频信号的接收、转换、播放。
(2)WiFi无线网络。音视频信号采集后，经过相应的音视频编码技术处理，将数据通过WiFi无线网络传输到服务器。
(3)服务器。该服务器是一台高配置的PC。
服务器会把采集到的信息处理成数字信号，保证信息在传输过程中不失真，并能实时传导至教学督察部门、保卫部门、相关教师手机上。这样，教学督导人员可以在手机上就能看到教学情况，不用再一个教室一个教室的来回跑了，提高了办公效率。保卫部门人员可以通过手机就能查看到每个教室的安全状况，对于突发事件可以做出最快速的处理措施。教师们可以使用手机在线选取某位老师的上课教室聆听教学内容，相互学习，达到提高教学水平的目的。这个项目的开发既可以提高学校各部门为学生服务的能力，也可以提高办学质量。
为了保证音、视频信息的高质量传输，对采集到的信息进行了数字化处理，并能保证传输过程的实时性。高清视频的大数据量，占用很高的网络带宽。高校的教学科研网一般在千兆速率左右，到达教师终端只有百兆以内。大量的教学视频传上网络，会造成校园网堵塞甚至瘫痪。为了解决这一问题，我们架设了校园专用网，与校园办公网络分开。利用千兆光纤骨干网与教学视频源连接，将高清音视频信号分为多路信号占用带宽，对WIFI带宽进行合理规划利用。这样既实现了高清音视频信号的无失真实时性WIFI传输，又实现了自动化无预感的教学督察活动。彻底解决了大量教学视频上传时，由于Wifi带宽不足而造成的校园网堵塞或者瘫痪问题。
五、结论
研究了WFD 技术规范，论证了音视频信息在无线wifi网络中的高质量传输的可行性，给出了基于WFD技术规范的教育管理应用设计方案。
在教室、实验室采用网络摄像机进行实时摄像，音视频采集传感器作为WFD源，路由器作为WFD宿，将监控音视频通过宽带光纤实时传导至教学督察部门、保卫部门的路由器。以智能部门的无线路由器作为WFD源，相关管理人员、教师的手机作为WFD宿，就可以直接得到教学现场音视频的数据。这样便于教学督导人员实时听课、教师们互相听课学习，也便于保卫部门人员视察教室安全情况，能对教室突发事件做出及时的处理。这样既可以提高学校各部门为学生服务的能力，也可以提高办学质量。
参考文献
[1]唐思敏.WIFI技术及其应用研究[J]，福建电脑.2009，(10):59-60.
[2] ANSl/lEEE Std.802.ll,Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) specifications[S].1999.
[3]陈文周.WiFi技术研究及应用[J].福建电脑，2008，2：13 -16.
[4]吕晓奕，孟昭鹏，舒炎泰.基于802 -llb标准的无线局域网络 管理系统的设计[J].天津理工学院学报，2002：18(4)：12-15.
[5]中华人民共和国《单位网络平台》系列国家标准之sj/ T11314-2005单位控制子网通信协议规范》.
[6]新发明让WIFI带宽提高10倍http://news.mydrivers.com/1/418/ 418249.htm.
论文作者:刘莉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/9
标签：音视频论文; 教室论文; 终端论文; 部门论文; 信号论文; 实时论文; 带宽论文; 《基层建设》2017年第23期论文;