CN101115196A - 调节视频质量的方法、系统及终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了调节视频质量的方法、系统及终端，用以解决现有技术需要估计当前的网络带宽值，当估计不准时视频传输质量将受到影响的问题。本发明方法包括：从预设的编码级别表中提取默认级别表项，并以该表项中的参数建立视频连接；以及收发实时传输控制协议RTCP包，以判断网络状况，并根据判断结果相应调整当前编码级别表项。本发明发送方终端，包括：编码单元，RTCP包发送单元；以及编码级别表存储单元，用于预设编码级别表；级别表项提取单元，用于根据收到的网络状况判断结果，从所述编码级别表存储单元存储的编码级别表中提取相应的级别表项，并将提取的级别表项中的参数输出到编码单元。本发明可避免估计当前的网络带宽值。

Description

调节视频质量的方法、系统及终端
技术领域
本发明涉及视频通信领域，特别是涉及调节视频质量的方法、系统及终端。
背景技术
随着互联网的迅猛发展以及多媒体技术的日益成熟，视频通信的市场应用越来越广泛，实现视频通信的方式也变得多种多样，如可视电话、即时通信、视频聊天、IPTV、远程监控，以及远程医疗等。视频通信发展的广阔前景使其成为继话音通信之后又一重要的通信形式。
视频通信一般是在专用的或公用通信网络上，点对点或点对多点来传送视频数据，从用户期望更广泛的交流和更低的成本的角度来看，公用网络将是用户的首选。而同时由于视频通信对实时性和交互性的要求，承载视频通信的网络必须能够保证视频的流畅性和质量。近几年来，通信网络的IP化成为网络发展的主流，基于IP网络的视频通信得到普遍应用和广泛发展。IP网络是使用TCP/IP协议的面向无连接的网络，H.323标准是ITU-T在1996年制定的应用于IP网络的视频通信标准，它是目前拥有大量商业用户的视频通信标准，得到了普遍的认可和广泛的应用。
承载视频通信的IP网络首先要面对的是带宽问题，以视频聊天为例，根据经验数值，使用流行的H.263编码标准，要保证可接受的质量和流畅度，需要网络带宽为128～256kbit/s。由于是交互式通信，加上网络传送的负荷，一个实际的点对点的视频通话，可能要占据此带宽的2.5倍(320～640kbiit/s)。因此，视频通信需要消耗大量的网络带宽，要在各种网络下(如互联网、局域网)保障质量参数QoS，就需要通过视频质量调节来进行带宽控制。
其次，视频通信对时延和抖动很敏感，因此视频传输一般都采用实时性高的用户数据包协议UDP协议。但由于UDP协议没有任何拥塞控制算法，因此容易造成网络过载和高丢包率，从而影响视频的传输质量。因此视频通信还需要RTP/RTCP协议的支持，RTP与RTCP结合可以为网络提供流量控制和拥塞控制。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，这些信息是判断网络状况以进行动态视频质量调节的主要依据。
目前视频传输的质量控制一般有以下几种方案：
1、最小传输的视频编码。即按照最低可接受的带宽由编码器产生视频码流进行传输。
2、转码技术。即在服务器中保存一份质量足够好的压缩视频数据，当需要降低输出码率时，服务器只需进行部分的解码和编码就可以输出合适的视频数据流。
3、码流切换技术。服务器中保存同一个视频节目的不同质量的多个拷贝，这些码流的I帧是对齐的，服务器根据用户网络带宽情况选择一个适当的码流发送给用户。
4、自适应视频编码。即根据网络环境的变化来自动调整编码器的参数，使得输出码流的码率适应网络变化的编码方法。一般的做法是发送方将压缩数据流划分成RTP协议包发送给接收方，接收方监测RTP数据包的传输时延和丢包率，通过RTP协议中的RTCP协议将网络传输情况反馈给发送方，发送方根据网络带宽情况调整数据发送码率使之与网络环境相匹配。
现有技术1所述的最小传输的视频编码方案，其主要缺点是视频传输缺少适应网络动态变化的灵活性；
现有技术2和3所述的转码技术和码流切换技术，其为了增加灵活性而大大提高了服务器的存储成本；
现有技术4所述的自适应视频编码方案是较为灵活的一种方案，但其需要估计当前的网络带宽值，并据此调整数据发送码率，当估计不准时视频传输的质量将受到影响。
发明内容
本发明提供调节视频质量的方法、系统及终端，用以解决现有技术需要估计当前的网络带宽值，当估计不准时视频传输质量将受到影响的问题。
本发明方法包括下列步骤：
从预设的编码级别表中提取默认级别表项，并以该表项中的参数建立视频连接；以及收发实时传输控制协议RTCP包，以判断网络状况，并根据判断结果相应调整当前编码级别表项。
其中，所述编码级别表中的每一级别表项包括下列参数：关键帧I帧间隔、质量优先或速度优先、质量优先情况下的带宽、质量优先情况下的帧率、速度优先情况下的带宽、速度优先情况下的帧率、视频窗口横向缩放比例，以及视频窗口纵向缩放比例。
其中，接收方以预设的阀值与收到的RTCP包中的相关信息比较，以判断网络状况，并根据判断结果相应调整当前编码级别表项。
进一步，接收方收到的RTCP包中含有的丢包率、网络抖动和延迟时间同时小于相应的阀值时，判定网络状况良好，并调高所用的编码级别表项；否则，判定网络状况不好，并调低所用的编码级别表项。
综上所述，以收发双方的终端能力中较低的终端能力确定最高视频帧率，并以该最高视频帧率为限，相应确定编码级别表中可用的级别表项。所述终端能力包括：该终端的CPU，该终端的一级高速缓冲存储器Cache的大小，以及该终端的二级Cache的大小。
综上所述，以自适应的时间间隔收发RTCP包。所述自适应的时间间隔通过以下公式计算：发送RTCP包的时间间隔＝(视频已建立的时间)×(EXP(I帧间隔时间/125)-1)。
本发明的发送方终端，包括：
编码单元，用于根据输入的参数，将视频流编码，并向接收方终端发送；
RTCP包发送单元，用于向接收方终端发送RTCP包；
编码级别表存储单元，用于预设编码级别表；
级别表项提取单元，用于根据收到的网络状况判断结果，从所述编码级别表存储单元存储的编码级别表中提取相应的级别表项，并将提取的级别表项中的参数输出到编码单元。
进一步，所述终端还包括：
第一终端能力获取单元，用于获取本端的终端能力；
最高视频帧率确定单元，用于以本端的终端能力和接收方终端发来的终端能力中较低的终端能力确定最高视频帧率，并以该最高视频帧率与所述编码级别表存储单元交互，相应确定编码级别表中可用的级别表项。
进一步，所述终端还包括：自适应单元，用于以自适应的时间间隔控制所述RTCP包发送单元发送RTCP包。
本发明的接收方终端，包括：
解码单元，用于将收到的视频码流解码；
RTCP包接收单元，用于接收RTCP包，并根据RTCP包中的信息判断网络状况，以及将判断结果反馈给发送方终端；
第二终端能力获取单元，用于获取本端的终端能力，并向发送方终端发送。
本发明系统，包括：
接收方终端，用于对接收到的视频码流解码，以及根据收到的RTCP包中的信息判断网络状况，并将判断结果反馈给发送方终端；
发送方终端，用于发送编码后的视频码流及RTCP包，以及根据接收方终端反馈的网络状况判断结果，从预设的编码级别表中提取相应的级别表项，并以该级别表项中的参数进行编码。
本发明有益效果如下：
本发明方法在发送方获知当前网络状况后，无须估计当前的网络带宽值，而是以预设的编码级别表结合当前网络状况相应调整所用的编码级别表项；即当前网络状况不好，则调低所用的编码级别表项；当前网络状况良好，则调高所用的编码级别表项。从而按照预设的编码级别表，总能使得视频质量与当前网络状况相适应，在网络状况良好时，提供高质量且流畅的视频，而在网络状况较差时，保障基本的视频体验，找到质量与流畅度之间的平衡。
进一步，本发明方法还考虑了收发双方的终端能力对视频质量和流畅度的影响。本发明方法以收发双方的终端能力中较低的终端能力确定最高视频帧率，并以该最高视频帧率为限，相应确定编码级别表中可用的级别表项。
进一步，本发明方法还考虑了收发RTCP包对网络负载的影响。本发明方法以自适应的时间间隔收发RTCP包。
为了支撑本发明方法，本发明还提供了发送方终端、接收方终端和相应的系统。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明发送方终端结构示意图；
图3为本发明接收方终端结构示意图；
图4为本发明方法步骤流程图。
具体实施方式
为了在进行视频质量调节时，无须估计当前的网络带宽值，从而避免当估计不准时，视频传输质量将受到影响的问题，本发明提供了一种调节视频质量的系统，参见图1所示，其包括：发送方终端1和接收方终端2。
所述发送方终端1，用于发送编码后的视频码流及RTCP包，以及根据接收方终端2反馈的网络状况判断结果，从预设的编码级别表中提取相应的级别表项，并以该级别表项中的参数进行编码。
所述接收方终端2，用于对接收到的视频码流解码，以及根据收到的RTCP包中的信息判断网络状况，并将判断结果反馈给发送方终端1。
参见图2所示，上述系统中的发送方终端1(即本发明的发送方终端)中包括：RTCP包发送单元11、级别表项提取单元12，以及与级别表项提取单元12相连的编码级别表存储单元13和编码单元14；进一步，为了顾及收发双方的终端能力对视频质量和流畅度的影响，所述发送方终端还包括相互连接的第一终端能力获取单元15和最高视频帧率确定单元16，所述最高视频帧率确定单元16还与编码级别表存储单元13相连；进一步，为了减少收发RTCP包对网络负载的影响，所述发送方终端还包括与所述RTCP包发送单元11相连的自适应单元17。
所述编码级别表存储单元13，用于预设编码级别表。
所述第一终端能力获取单元15，用于获取本端的终端能力。
所述最高视频帧率确定单元16，用于以本端的终端能力和接收方终端发来的终端能力中较低的终端能力确定最高视频帧率，并以该高视频帧率与所述编码级别表存储单元13交互，相应确定编码级别表中可用的级别表项。
所述级别表项提取单元12，用于根据收到的网络状况判断结果，从所述编码级别表存储单元13存储的编码级别表中提取相应的级别表项，并将提取的级别表项中的参数输出到编码单元14。
所述编码单元14，用于根据输入的参数，将视频流编码，并向接收方终端2发送。
所述RTCP包发送单元11，用于向接收方终端2发送RTCP包。
所述自适应单元17，用于以自适应的时间间隔控制所述RTCP包发送单元11发送RTCP包。
参见图3所示，上述系统中的接收方终端2(即本发明的接收方终端)中包括：解码单元21和RTCP包接收单元22；为了顾及收发双方的终端能力对视频质量和流畅度的影响，所述接收方终端还包括第二终端能力获取单元23。
所述解码单元21，用于将收到的视频码流解码。
所述RTCP包接收单元22，用于接收RTCP包，并根据RTCP包中的信息判断网络状况，以及将判断结果反馈给发送方终端1。
所述第二终端能力获取单元23，用于获取本端的终端能力，并向发送方终端1发送。
应用上述系统及终端，本发明提供了一种调节视频质量的方法，参见图4所示，包括下列主要步骤：
S1、从预设的编码级别表中提取默认级别表项。
首先，在发送方终端中预设编码级别表。
所述编码级别表中包括若干级别表项，以适应不同的网络状况。所述级别表项越高，其中的各参数数值适用的网络状况越好；相反，所述级别表项越低，其中的各参数数值适应的网络状况越差。
参见表一所示，所述编码级别表中的每一级别表项均包括下列参数：关键帧I帧间隔、质量优先或速度优先、质量优先情况下的带宽、质量优先情况下的帧率、速度优先情况下的带宽，以及速度优先情况下的帧率；此外，为了增加码率控制的灵活性，每一级别表项中还包括：视频窗口横向缩放比例，以及视频窗口纵向缩放比例。例如：第9级表项＝{100，0，300，12，200，13，4/5，1}表示在第9级上，编码器将每隔100帧插入一个I帧，选择速度优先方式，质量优先情况下的带宽和帧率分别为300k和12帧，速度优先方式下的带宽和帧率分别为200k和13帧，视频窗口横向缩放比例为4/5，视频窗口纵向缩放比例为1。
  参数     说明
  I帧间隔     相隔多少帧插入一个关键帧
  质量优先还是速度优先     根据用户的偏好来提供质量和流畅度的平衡
  质量优先情况下的带宽     用户对质量要求高时，提供较高的带宽值
  质量优先情况下的帧率     用户对质量要求高时，提供较低的帧率
  速度优先情况下的带宽     用户对流畅度要求高时，提供较低的带宽
  速度优先情况下的帧率     用户对流畅度要求高时，提供较高的帧率
  视频窗口横向缩放比例     逐级缩小视频窗口以降低带宽
  视频窗口纵向缩放比例     逐级缩小视频窗口以降低带宽
表一
其次，可选择检测收发双方的终端能力。
H.264标准与传统的编码标准相比，编码效率能够提高50％左右，但其对终端能力的要求也将成倍地增加。如果接收方终端的解码能力不足，就必须控制发送方终端的编码帧率，以免接收方终端来不及解码而丢帧，造成视频的不流畅。
因此，为了顾及收发双方的终端能力，以达到更好的视频效果，在建立视频连接之前，可选择检测收发双方的终端能力。以收发双方的终端能力中较低的终端能力确定最高视频帧率，并以该最高视频帧率为限，相应确定编码级别表中可用的级别表项。
在视频流编解码过程中，终端能力主要体现在CPU的处理能力。CPU的处理能力主要由CPU主频决定，但除主频之外，其他因素(如Cache大小)也对CPU的处理能力有一定影响。因此根据CPU主频初步对应出最高视频帧率，例如：2700MHZ主频对应15帧，400MHZ主频对应1帧。进一步，再综合考虑CPU类型和一二级Cache大小等特性，以修正初步对应出的最高视频帧率，例如：对于AMD芯片，2级Cache大小超过128则帧率加1，超过256则帧率加2。
最后，以所述最高视频帧率为限，从预设的编码级别表中提取默认级别表项，所述默认级别表项应选择较低的级别表项，以保证顺利建立视频连接。
S2、以默认级别表项中的参数建立视频连接。
S3、发送RTCP包。
建立视频连接后，发送方终端向接收方终端发送RTCP包。所述发送的RTCP包中含有丢包率、网络抖动和延迟时间等信息。
本步骤可采用每隔一定的时长发送一个RTCP包的方式。
但是当视频连接刚建立时，发包的时间间隔较短为宜，以快速判断网络状况；而在视频连接稳定之后，发包的时间间隔应逐渐加长，以减少RTCP包带来的网络负载。所以本发明优选以自适应的时间间隔收发RTCP包。所述自适应的时间间隔通过以下公式计算：发送RTCP包的时间间隔＝(视频已建立的时间)×(EXP(I帧间隔时间/125)-1)。
S4、接收RTCP包，以判断网络状况。
接收方终端收到发送方终端发来的RTCP包后，解包获取相关信息，若收到的RTCP包中含有的丢包率、网络抖动和延迟时间同时小于相应的阀值时，判定网络状况良好；否则，判定网络状况不好。
S5、根据判断结果相应调整当前编码级别表项。
接收方终端将网络状况判断结果反馈给发送方终端。若发送方终端收到的判断结果表明当前网络状况良好，还有提升视频质量和流畅度的余地，则调高当前所用的编码级别表项，从而编码生成质量更高的视频码流，向接收方终端发送；若发送方终端收到的判断结果表明当前网络状况不好，即当前所用的编码级别表项已经超过了当前网络状况的适应能力，则调低当前所用的编码级别表项，从而编码生成质量较低的视频码流，向接收方终端发送。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种调节视频质量的方法，其特征在于，包括下列步骤：
从预设的编码级别表中提取默认级别表项，并以该表项中的参数建立视频连接；以及
收发实时传输控制协议RTCP包，以判断网络状况，并根据判断结果相应调整当前编码级别表项。
2.如权利要求1所述调节视频质量的方法，其特征在于，所述编码级别表中的每一级别表项包括下列参数：
关键帧I帧间隔、质量优先或速度优先、质量优先情况下的带宽、质量优先情况下的帧率、速度优先情况下的带宽、速度优先情况下的帧率、视频窗口横向缩放比例，以及视频窗口纵向缩放比例。
3.如权利要求1所述调节视频质量的方法，其特征在于，接收方以预设的阀值与收到的RTCP包中的相关信息比较，以判断网络状况，并根据判断结果相应调整当前编码级别表项。
4.如权利要求3所述调节视频质量的方法，其特征在于，接收方收到的RTCP包中含有的丢包率、网络抖动和延迟时间同时小于相应的阀值时，判定网络状况良好，并调高所用的编码级别表项；否则，判定网络状况不好，并调低所用的编码级别表项。
5.如权利要求1至4任一项所述调节视频质量的方法，其特征在于，以收发双方的终端能力中较低的终端能力确定最高视频帧率，并以该最高视频帧率为限，相应确定编码级别表中可用的级别表项。
6.如权利要求5所述调节视频质量的方法，其特征在于，所述终端能力包括：该终端的CPU主频，该终端的一级高速缓冲存储器Cache的大小，以及该终端的二级Cache的大小。
7.如权利要求1至4任一项所述调节视频质量的方法，其特征在于，以自适应的时间间隔收发RTCP包。
8.如权利要求7所述调节视频质量的方法，其特征在于，所述自适应的时间间隔通过以下公式计算：
发送RTCP包的时间间隔＝(视频已建立的时间)×(EXP(I帧间隔时间/125)-1)。
9.一种发送方终端，包括：
编码单元，用于根据输入的参数，将视频流编码，并向接收方终端发送；
RTCP包发送单元，用于向接收方终端发送RTCP包；
其特征在于，所述发送方终端还包括：
编码级别表存储单元，用于预设编码级别表；
级别表项提取单元，用于根据收到的网络状况判断结果，从所述编码级别表存储单元存储的编码级别表中提取相应的级别表项，并将提取的级别表项中的参数输出到编码单元。
10.如权利要求9所述的发送方终端，其特征在于，所述终端还包括：
第一终端能力获取单元，用于获取本端的终端能力；
最高视频帧率确定单元，用于以本端的终端能力和接收方终端发来的终端能力中较低的终端能力确定最高视频帧率，并以该最高视频帧率与所述编码级别表存储单元交互，相应确定编码级别表中可用的级别表项。
11.如权利要求9所述的发送方终端，其特征在于，所述终端还包括：
自适应单元，用于以自适应的时间间隔控制所述RTCP包发送单元发送RTCP包。
12.一种接收方终端，包括：
解码单元，用于将收到的视频码流解码；
RTCP包接收单元，用于接收RTCP包，并根据RTCP包中的信息判断网络状况，以及将判断结果反馈给发送方终端；
其特征在于，所述接收方终端还包括：
第二终端能力获取单元，用于获取本端的终端能力，并向发送方终端发送。
13.一种调节视频质量的系统，包括：
接收方终端，用于对接收到的视频码流解码，以及根据收到的RTCP包中的信息判断网络状况，并将判断结果反馈给发送方终端；
其特征在于，所述系统还包括：
发送方终端，用于发送编码后的视频码流及RTCP包，以及根据接收方终端反馈的网络状况判断结果，从预设的编码级别表中提取相应的级别表项，并以该级别表项中的参数进行编码。
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