CN101352009B - 一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输系统及方法，其包括客户端和流媒体服务器端，其方法为流媒体服务器端向客户端发送带宽侦测消息包；客户端向流媒体服务器端发送带宽侦测反馈消息包；流媒体服务器端根据一段时间内的客户端的带宽侦测反馈消息包，计算平均丢包率；流媒体服务器端根据上述平均丢包率进行逻辑控制，判定是否需要进行二次解码编码；流媒体服务器端进行解码，并根据平均丢包率重新进行编码；流媒体服务器端发送重编码后的流媒体数据包。采用本发明所述系统及方法改善了流媒体服务质量，降低了系统开发的难度和提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，涉及一种用来实现在网络上适应带宽变化的流媒体数据的处理和传输方法，且特别涉及一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输系统及方法。
背景技术
随着通信网络的高速发展，基于网际协议(Internet Protocol)(以下简称IP)网络的流媒体业务逐渐成为人们日常工作和生活中喜闻乐见的业务形式，而媒体流在网络上进行传输的稳定性保证的需求也日趋强烈。众所周知，IP网络是个开放的网络，要求利用IP网络进行数据通信的带宽是稳定带宽是没有保证的。况且，在使用移动终端访问流媒体时，无线侧的带宽也时好时坏。为了满足适应带宽变化的通信需要，专家们也提出了一些方法。
目前，用于实现带宽自适应流媒体传输的主要途径是：事先为各个媒体文件分别提供几个不同比特率编码的流媒体数据，根据侦测到的带宽的高低，分别使用比特率高的或低的流媒体数据。
由于现有的方式必须准备比原始数据多得多的流媒体数据，增加了流媒体服务系统的存储开销，另外，在使用过程中，当带宽改变时，切换到别的媒体流上并重新定位到当前画面的这种方式不可避免地带给接收者较大的停顿。而同一个内容的多个流媒体数据，也加大了系统的复杂度，不利于降低系统的成本、开发难度和提高系统的可靠性，也不利于系统处理的灵活性的提高。
现有的专利文献包括：申请号为02159354的中国专利申请“自适应地调节网络视频质量的方法”和专利申请公开号为20050108414的美国专利“System and method for transmitting data in computer systems usingvirtual streaming”(在计算机系统中使用虚拟流来传输数据的系统和方法)。
申请号为02159354的中国专利申请存在以下不足：一、该专利没有提供流媒体服务的解决方案，这一解决方案是带宽自适应流媒体传输的核心技术；二、系统采用的方法不是目标系统的规范体系，使用了自定义的处理和接口模块。该专利只是提出使用规范体系外的单独模块来解决带宽测量的方法，因此难以融合到现有的流媒体服务的规范体系中。此外，因为额外的处理模块和必将增加的接口等必然会增加系统的复杂度，加大了系统的开发难度并且降低了系统的可靠性。
专利申请公开号为20050108414的美国专利存在以下不足：该专利提出了可变虚拟流适应带宽变化进行数据传输的系统和方法。该方法为分割待传输数据为多个小部分，通过在带宽允许的多个通道传输，然后在目的端组合。该方法建立在简单分割数据的基础上，而不是建立在对数据编码分析的基础上，未提供对编码数据逻辑性分割的解决方案。另外，多通道适应带宽的方式，增加了系统的复杂度，加大了系统的开发难度并且降低了系统的可靠性。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于提供一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输系统及方法，以改善流媒体服务质量。
为实现上述目的，本发明的一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输系统，包括：
客户端，其负责提供基于IP的通讯机制，为流媒体数据传输和带宽侦测消息的传输提供传输通道，例如实时传输协议(Realtime TransportProtocol)(以下简称RTP)、实时传输控制协议(Realtime Transport ControlProtocol)(以下简称RTCP)等；其负责接收带宽侦测消息包、发送带宽侦测反馈消息包和接收流媒体数据包并对该流媒体数据包进行解码处理，播放音视频；及
流媒体服务器端，其负责提供基于IP的通讯机制，为流媒体数据传输和带宽侦测消息的传输提供传输通道，例如RTP、RTCP等；其负责将带宽侦测消息打包并发送上述带宽侦测消息包、接收上述带宽侦测反馈消息包、计算一预先设定时间(例如10秒)内的平均丢包率和进行逻辑控制及二次解码编码；其中上述流媒体服务器端的体系结构包括：控制流和媒体数据流。其中，上述控制流包括：带宽侦测消息发送模块、带宽侦测反馈消息接收模块、带宽侦测反馈消息解析模块及带宽适配逻辑控制模块；上述媒体数据流包括：媒体数据接收模块、媒体数据解码模块、媒体数据编码模块及媒体数据流化和发送模块。
上述带宽侦测消息发送模块负责向上述客户端发送上述带宽侦测消息包；上述带宽侦测反馈消息接收模块负责接收上述客户端返回的上述带宽侦测反馈消息包；上述带宽侦测反馈消息解析模块负责解析上述带宽侦测反馈消息包，并取出与带宽侦测有关的字段信息，例如丢包率；上述带宽适配逻辑控制模块负责计算一预先设定时间内的平均丢包率，并根据该平均丢包率判定是否需要进行二次解码编码；上述媒体数据接收模块负责读取流媒体数据包；上述媒体数据解码模块负责将上述流媒体服务器端即将发送出去的流媒体数据包进行解码，由于媒体编码格式众多，该媒体数据解码模块可能由多个不同的媒体数据解码模块组成；上述媒体数据编码模块负责根据上述平均丢包率重新计算编码的码率，并将上述流媒体数据包按照该码率重新进行编码，由于媒体编码格式众多，该媒体数据编码模块可能由多个不同的媒体数据编码模块组成；上述媒体数据流化和发送模块负责将上述流媒体数据包流化并向上述客户端发送。
此外，由于上述流媒体服务器端需要上述客户端不断地报告网络状况，因此上述带宽侦测消息包和上述带宽侦测反馈消息包为非一一对应机制，即一条带宽侦测消息可能返回多条带宽侦测反馈消息。
为实现上述目的，本发明的一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输方法，包括如下步骤：
步骤1：流媒体服务器端向客户端发送带宽侦测消息包；
步骤2：上述流媒体服务器端接收上述客户端返回的带宽侦测反馈消息包；
步骤3：上述流媒体服务器端解析上述带宽侦测反馈消息包，并计算一预先设定时间内的平均丢包率；
步骤4：上述流媒体服务器端判断是否需要进行二次解码编码，如果上述平均丢包率在预先设定的比率(该比率可以配置，例如20％)以下，则不需要进行二次解码编码，执行步骤7，否则执行步骤5；
步骤5：如果上述平均丢包率大于上述预先设定的比率，则上述流媒体服务器端对发送的流媒体数据包进行解码；
步骤6：上述流媒体服务器端根据上述平均丢包率并按百分比降低编码的码率，并对上述解码后的流媒体数据包按照该码率重新进行编码；
步骤7：上述流媒体服务器端发送流媒体数据包。
其中，上述预先设定的时间可以配置，同时为了降低网络负荷，该时间不应设定得过小。
上述步骤6中按百分比降低编码的码率的方法为：码率＝开始的码率×(1-平均丢包率)。
与现有技术相比较，本发明引入了带宽侦测基础上的二次解码编码机制，使得当通信线路状况不好的时候，能适时地动态调整发送流媒体数据包的码率，使之能适应网络带宽；而当通信线路状况良好的时候，则一直使用默认的码率发送流媒体数据包。这样无论通信网络状况如何，都不影响流媒体数据包的顺畅播放；同时由于编码解码模块可以通过流媒体服务器端外挂组件提供，或者由第三方提供接口，降低了系统开发的难度和提高了系统的可靠性。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明流媒体服务器端的体系结构示意图；
图2为本发明所述方法的流程图；
图3为本发明所述方法的时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案的具体实施作进一步的详细说明，但其并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明流媒体服务器端的体系结构包括控制流和媒体数据流，分别在图中以细线及黑粗线标示：
1)控制流由如下部分组成：
带宽侦测消息发送模块201，其在流媒体播放过程中，发起带宽侦测流程，向客户端发送带宽侦测消息包；
带宽侦测反馈消息接收模块101，其负责接收客户端返回的带宽侦测反馈消息包，由于流媒体服务器端需要客户端不断地报告网络状况，所以上述带宽侦测反馈消息包和带宽侦测消息包为非一一对应机制，即一条带宽侦测消息可能返回多条带宽侦测反馈消息；
带宽侦测反馈消息解析模块102，其负责解析上述带宽侦测反馈消息包，并取出其中与带宽侦测有关的丢包率等字段信息；
带宽适配逻辑控制模块103，其负责计算一预先设定时间内的平均丢包率，并根据该平均丢包率判定是否需要进行二次解码编码；
2)媒体数据流由如下部分组成：
媒体数据接收模块304，其负责读取流媒体数据包；
媒体数据解码模块303，其负责将流媒体服务器端即将发送出去的流媒体数据包进行解码，由于媒体编码格式众多，该媒体数据解码模块可能由多个不同的媒体数据解码模块组成；
媒体数据编码模块302，其负责根据上述平均丢包率重新计算编码的码率，并将上述流媒体数据包按照该码率重新进行编码，由于媒体编码格式众多，该媒体数据编码模块可能由多个不同的媒体数据编码模块组成；
媒体数据流化和发送模块301，其上述流媒体数据包流化并向上述客户端发送。
如图2所示，本发明所述方法包括如下步骤：
步骤1：流媒体服务器端向客户端发送带宽侦测消息包；
步骤2：上述流媒体服务器端接收上述客户端返回的带宽侦测反馈消息包；
步骤3：上述流媒体服务器端解析上述带宽侦测反馈消息包，并计算一预先设定时间内(例如10秒)的平均丢包率；
步骤4：上述流媒体服务器端判断是否需要进行二次解码编码，如果上述平均丢包率在预先设定的比率(例如20％)以下，则不需要进行二次解码编码，执行步骤7，否则执行步骤5；
步骤5：如果上述平均丢包率大于上述预先设定的比率，则上述流媒体服务器端对发送的流媒体数据包进行解码；
步骤6：上述流媒体服务器端根据上述平均丢包率并按百分比降低编码的码率，并对上述解码后的流媒体数据包按照该码率重新进行编码；其中上述按百分比降低编码的码率的方法为：码率＝开始的码率×(1-平均丢包率)，例如开始的码率为100kbps、平均丢包率为40％，则重新编码的码率为100×(1-40％)＝60kbps；
步骤7：上述流媒体服务器端发送流媒体数据包。
如图3所示，本发明所述方法的时序如下：
步骤A.流媒体服务器端向客户端发送带宽侦测消息包；
步骤B.客户端向流媒体服务器端发送带宽侦测反馈消息包，且该反馈消息可能是多条；
步骤C.流媒体服务器端根据一段时间内的客户端的带宽侦测反馈消息包，计算平均丢包率；
步骤D.流媒体服务器端根据上述平均丢包率进行逻辑控制，判定是否需要进行二次解码编码；
步骤E.流媒体服务器端进行解码，并根据平均丢包率重新进行编码；
步骤F.流媒体服务器端发送重编码后的流媒体数据包。
以上详细说明了本发明的工作原理，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输系统，其特征在于包括：
客户端，其负责提供基于网际协议的通讯机制，负责接收带宽侦测消息包、发送带宽侦测反馈消息包和接收流媒体数据包并对该流媒体数据包进行解码处理；及
流媒体服务器端，其负责提供基于网际协议的通讯机制，负责将带宽侦测消息打包并发送上述带宽侦测消息包、接收上述带宽侦测反馈消息包、计算一预先设定时间内的平均丢包率和进行逻辑控制及二次解码编码，其中，重新编码的码率为开始码率*(1-所述平均丢包率)；其中上述流媒体服务器端的体系结构包括：控制流和媒体数据流，
其中，上述控制流包括：带宽侦测消息发送模块、带宽侦测反馈消息接收模块、带宽侦测反馈消息解析模块及带宽适配逻辑控制模块；
上述媒体数据流包括：媒体数据接收模块、媒体数据解码模块、媒体数据编码模块及媒体数据流化和发送模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于
上述带宽侦测消息发送模块负责向上述客户端发送上述带宽侦测消息包；
上述带宽侦测反馈消息接收模块负责接收上述客户端返回的上述带宽侦测反馈消息包；
上述带宽侦测反馈消息解析模块负责解析上述带宽侦测反馈消息包，并取出与带宽侦测有关的字段信息；
上述带宽适配逻辑控制模块负责计算一预先设定时间内的平均丢包率，并根据该平均丢包率判定是否需要进行二次解码编码；
上述媒体数据接收模块负责读取流媒体数据包；
上述媒体数据解码模块负责将上述流媒体服务器端即将发送出去的流媒体数据包进行解码；
上述媒体数据编码模块负责根据上述平均丢包率重新计算编码的码率，并将上述流媒体数据包按照该码率重新进行编码；
上述媒体数据流化和发送模块负责将上述流媒体数据包流化并向上述客户端发送。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于上述带宽侦测消息包和上述带宽侦测反馈消息包为非一一对应机制。
4.一种流媒体服务系统的带宽自适应流媒体传输方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：流媒体服务器端向客户端发送带宽侦测消息包；
步骤2：上述流媒体服务器端接收上述客户端返回的带宽侦测反馈消息包；
步骤3：上述流媒体服务器端解析上述带宽侦测反馈消息包，并计算一预先设定时间内的平均丢包率；
步骤4：上述流媒体服务器端判断是否需要进行二次解码编码，如果上述平均丢包率在预先设定的比率以下，则不需要进行二次解码编码，执行步骤7，否则执行步骤5；
步骤5：如果上述平均丢包率大于上述预先设定的比率，则上述流媒体服务器端对发送的流媒体数据包进行解码；
步骤6：上述流媒体服务器端根据上述平均丢包率并按百分比降低编码的码率，并对上述解码后的流媒体数据包按照该码率重新进行编码，其中，重新编码的码率为开始码率*(1-所述平均丢包率)；
步骤7：上述流媒体服务器端发送流媒体数据包。
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