近年来，人们对高质量视频流应用的需求不断增长，同时无线频谱资源也日益紧缺。无线接入点及移动设备的大量普及给无线网络视频流传输带来压力和挑战，也为基于无线中继网络的协作视频流传输提供了新机遇。因此，通过优化无线网络中的视频流传输机制，以提高无线网络资源的利用率，对于提高视频流服务质量，具有重要意义。为了提高视频流数据在无线中继网络中的传输质量，提出了一种新的协作式视频流传输跨层优化机制。针对视频监控的上行视频流传输应用场景，构建了基于三节点的典型无线中继网络结构，并建立该网络的层次模型。使用基于Rayleigh衰落信道的有限状态Markov信道（FSMC）模型对物理（PHY）层建模；改进了媒质接入控制（MAC）层的RTS/CTS机制，并将应用（APP）层的视频流时延约束条件作为优化路径选择策略的重要因素。通过综合考虑无线信道的物理状态和视频流传输的应用需求，对数据包在无线中继网络中的传输路径进行动态调度，以提高传输性能，改善视频流的传输质量。以Matlab为实验平台，选取4CIF格式的视频帧作为原始序列，通过H.264视频编码器对视频流编码，在无线中继网络模型中进行仿真实验，对所提出的优化机制进行分析和评估。实验结果表明，采用所提出优化机制能够显著提高视频在网络中的传输质量，达到接近理论最优值的传输性能。同时，通过实验还进一步探讨了视频码率、时延约束和网络负载等因素对视频传输质量的影响，并指出丢包视频的帧类型对视频流传输质量具有重要影响。