CN102098547A - 一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法 - Google Patents

Abstract

一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，该方法为可变比特率编码模块，用于在实际的视频码流生成过程中能够按需调整编码比特率大小及相关视频编码参数；编码速度统计模块，用于在码流生成过程中，即时统计、计算真实产生的码流速度大小；网络发送模块，用于即时传送由前述编码模块产生的实时视频码流；网络传输最大带宽评估模块，用于监控网络传输状态、维持网络连接状态及统计评估当前网络带宽最大资源；编码码流调整决策模块，用于利用网络传输最大带宽评估模块反馈的当前网络带宽最大资源及编码速度统计模块提供的码流速度对比，确定当前视频编码速度的最佳值，然后将编码码流速度大小调整为该最佳值。

Description

一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法

 

技术领域

    本发明公开一种实时媒体传输方法，特别是一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法。

背景技术

伴随着无线网络接入方式的普及与发展，很多电子产品都具备了无线联网的功能，特别是新兴起的可移动实时视频监控设备，更是需要具备无线网络的接入能力，以便实现理想的远程监控及控制功能。然而，众所周知，一般的视频码流数据的流量都是比较大的，而由于目前无线网络带宽资源的有限性及共享特性，会直接限制和影响了视频传输的效果，无线网络资源的有限性仍然是无线视频传输应用的瓶颈。无线视频传输应用中，以视频流为例，现有技术中的视频流编码方式主要有两种，不变比特率编码方式和可变比特率编码方式：其中，不变比特率(CBR)编码方式，用户可以指定目标压缩比特率，但在流媒体处理过程中，比特率完全保持不变且接近于目标比特率，由于有些内容片段比其他片段更难于压缩，因此，CBR 码流的某些部分的质量要低于其他部分，导致编码内容的质量不稳定；可变比特率峰值（VBR）编码方式，尤其适合对混有简单数据和复杂数据的内容进行编码，VBR编码方式，编码器会将较少的带宽分配给简单内容，以便为较为复杂的部分留出足够多的带宽以获得较高的质量。但是，如果采用VBR 编码方式来处理数据一致的内容（例如，“新闻主持人头部特写”新闻播报），则不具备任何优点。

如果采用 VBR 编码方式来处理复杂程度各异的内容，那么输出质量要高于采用 CBR 编码方式所获得的质量，即使这两种编码方式生成的文件大小完全相同，也是如此。但是在某些情况下，尽管采用 VBR 编码方式所获得的文件质量与采用 CBR 编码方式所获得的文件质量相同，但后者的大小却通常是前者的两倍，因为VBR编码压缩不太复杂的内容部分时比 CBR 方式下压缩的程度要大得多。这样VBR为复杂部分提供了更多的带宽。

综上所述，针对移动的实时视频流，由于其图像变化复杂，在从节省网络资源的情况下考虑，显然可变比特率编码方式是该种应用的首选。一种可变码流的视频编码方式和一种极其易变带宽的无线网络资源，似乎两者在应用上恰能匹配。然而，问题的矛盾却正体现于此，由于在无法预先知道视频码流的大小和网络带宽资源情况下，时常出现编码码流过大，而网络带宽资源过小，或者两者恰好相反，网络带宽资源较大，而编码码流过小，总是无法得到和当前网络带宽相一致的最优视频码流效果状态。从当前大多数的实际应用中，得到的结论也正是如此。随着视频编码自适应网络传输方法的提出，越来越多的实时视频传输设计者们都不同程度的提出了自己的解决方案，有通过使用网络传输延时来确定当前最优编码码率的方法，也有通过视频缓冲池的积压方法来实时调整当前最优编码码率的方法，然而这些方法都不能即时的反映当前网络状态的实际情况，均会造成反映速度过慢，调节编码码流大小不及时，容易造成数据积压后又使用丢帧的策略来保证视频传输的实时性，甚至造成丢帧等严重问题，给用户造成了视觉上的不良感。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的无线网络视频传输中，编码码流和网络带宽资源不适应的缺点，本发明提供一种能够符合这种网络资源的实时媒体流产生方案，利用网络传输最大带宽评估模块反馈的当前网络带宽最大资源及编码速度统计模块提供的码流速度对比，确定当前视频编码速度的最佳值，然后将编码码流速度大小调整为该最佳值。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，该方法为设有可变比特率编码模块、编码速度统计模块、网络发送模块、网络传输最大带宽评估模块和编码码流调整决策模块，

所述的可变比特率编码模块，用于在实际的视频码流生成过程中能够按需调整编码比特率大小及相关视频编码参数；

所述的编码速度统计模块，用于在码流生成过程中，即时统计、计算真实产生的码流速度大小；

所述的网络发送模块，用于即时传送由前述编码模块产生的实时视频码流；

所述的网络传输最大带宽评估模块，用于监控网络传输状态、维持网络连接状态及统计评估当前网络带宽最大资源；

所述的编码码流调整决策模块，用于利用网络传输最大带宽评估模块反馈的当前网络带宽最大资源及编码速度统计模块提供的码流速度对比，确定当前视频编码速度的最佳值，然后将编码码流速度大小调整为该最佳值。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的方法为在系统初始化时，用户选定一个其期望的码流速度值；系统启动后，编码速度统计模块和网络传输最大带宽评估模块分别实时监测编码速度和网络传输速度，同时将监测结果实时送到编码码流调整决策模块，编码码流调整决策模块调整编码码流速度。

所述的编码码流调整决策模块调整编码码流速度时，当网络带宽资源小于编码速度，则将编码速度降低；当网络带宽资源大于或等于编码码流速度时，如当前网络传输的积压过多则保持编码码流速度不变，否则提高编码码流速度。

所述的编码速度降低时，需要降低到多少码流编码速度由当前网络传输带宽计算所得，计算方法为通过当前网络最大带宽除以当前编码通道数即可求出当前码流编码速度。

所述的提高编码码流速度时，调整幅度按照预先设定的等级调整。

所述的按照预先设定的等级调整时，通过码率峰值由底向高搜索，找到第一个码流峰值大于当前网络带宽的等级即为当前需要调整到的等级。

本发明的有益效果是：本发明能够根据当前的网络带宽和稳定性动态调整编码码流方法，使当前视频编码码流速度适合当前网络带宽和状态，达到网络带宽资源利用率的最大化和最优实时视频传输效果。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是使用了本发明的车载数字录像机立体结构示意图。

图2为本发明可动态调节编码参数视频编码模块方框图。

图3为本发明编码数据监控模块方框图。

图4为本发明网传带宽评估监控模块功能图。

图5编为本发明编码码流调整决策模块处理流程图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

本发明为一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，本方法为设有可变比特率编码模块、编码速度统计模块、网络发送模块、网络传输最大带宽评估模块和编码码流调整决策模块，其中，可变比特率编码模块，用于在实际的视频码流生成过程中能够按需调整编码比特率大小及相关视频编码参数；编码速度统计模块，用于在码流生成过程中，即时统计、计算真实产生的码流速度大小；网络发送模块，用于即时传送由前述编码模块产生的实时视频码流；网络传输最大带宽评估模块，用于监控网络传输状态、维持网络连接状态及统计评估当前网络带宽最大资源；编码码流调整决策模块，用于利用网络传输最大带宽评估模块反馈的当前网络带宽最大资源及编码速度统计模块提供的码流速度对比，确定当前视频编码速度的最佳值，然后将编码码流速度大小调整为该最佳值。在系统初始化时，用户选定一个其期望的码流速度值；系统启动后，编码速度统计模块和网络传输最大带宽评估模块分别实时监测编码速度和网络传输速度，同时将监测结果实时送到编码码流调整决策模块，编码码流调整决策模块调整编码码流速度，编码码流调整决策模块调整编码码流速度时，当网络带宽资源小于编码速度，则将编码速度降低，编码速度降低时，需要降低到多少码流编码速度由当前网络传输带宽计算所得，计算方法为通过当前网络最大带宽除以当前编码通道数即可求出当前码流编码速度；当网络带宽资源大于或等于编码码流速度时，如当前网络传输的积压过多则保持编码码流速度不变，否则提高编码码流速度，提高编码码流速度时，调整幅度按照预先设定的等级调整，按照预先设定的等级调整时，通过码率峰值由底向高搜索，找到第一个码流峰值大于当前网络带宽的等级即为当前需要调整到的等级。依照这种方法周而复始，即能实时保持当前编码码流始终徘徊在当前最大的网络带宽状态下，达到最大化利用网路资源传输最佳实时视频效果的状态。

下面将以一个具体实例对本发明进行说明。

请参看附图1，附图1中为一款采用本发明方法的车载数字录像机，其主要功能除了本地录像外，还具有实时远程视频监控能力。本实施例中，车载数字录像机具备H264可变比特率编码，支持实时动态调整编码的最大码率、I帧间隔、帧率和画质等其它H264编码特性相关的编码参数设置。本实施例中，车载数字录像机内的H264编码器采用目前现有技术中常规采用的H264编码器，是要为网传产生实时视频数据编码码流。在编码过程中该模块可以按需要通过其提供的程序接口动态调整其最大编码码率参数以限制单位时间内所生成的视频数据大小。

请参看附图3，附图3中为视频码流监控统计模块流程方框图，本实施例中，视频码流监控统计模块主要功能是用于接收H264编码的视频帧数据，其根据单位时间内接收到的视频帧数据大小，即时统计计算出当前编码数据产生速度。为了平滑可变码流编码所产生的数据流速度颠簸，通常取最近一段时间内的平均速度作为当前速度，在本实施例中选取最近10秒内的数据流量来计算当前速度，并将此速度及当前必要的最大编码参数等报告给编码码流调整决策模块。

请参看附图4，附图4中为网传带宽评估监控模块流程方框图，本实施例中，网传带宽评估监控模块负责接收、缓冲视频码流监控模块转发过来视频帧数据，同时调用网络发送模块发送已经缓存的视频帧数据，在网络发送模块正确传输视频帧数据后，网传带宽评估监控模块实时统计已经发送成功的视频数据流量及所消耗时间，以此计算评估当前网络发送数据的最大带宽资源。为了平滑网络传输速度，本实施例中，采用与编码码流监控模块统计编码码流速度一样的方法。在视频帧缓冲无积压的状态下，当前网络传输的最大带宽大于等于当前网络传输的速度，而当视频帧有缓冲的状态下，当前网络的最大带宽等于当前网络传输统计速度。在确定当前网络传输最大带宽和视频缓冲池积压状态后即时上报给编码码流调整决策模块。

请参看附图5，附图5中为编码码流调整决策模块流程方框图。编码码流调整决策模块根据通过比较当前编码模块的编码码流速度及网络传输速度，决定是否需要调整编码码流。本实施例中，编码码流调整决策模块详细步骤如下：

当编码码流速度小于或等于网络传输速度带宽时，如果视频帧数据存在缓存状态，则不需要调整编码码流；如果视频帧数据不存在缓存情况时，需要提高编码码流速度，其提高码流等级为当前编码码流的下一个预设较高的编码等级，在本实施例中中，预设编码等级分为：16kbps，24kbps，…512 kbps等总共划分为多等级，如果已经达到最大编码码流情况下还需提高编码等级时则维持最大编码码流即可；

当编码码流速度大于当前网络带宽时，则需要把编码最大码流速度设置为当前网络传输带宽。当然，由于特定的编码器对于能够设置的编码码流大小都需要遵循一定的规则和条件，最好的方式就是通过搜索比较预设编码等级的方式寻找一个小于当前网络带宽限制，而又最接近于当前网络带宽的值。本实施例中，通过此中查表方式实现的，从预设等级的最高等级开始搜索，当查找到小于等于当前网络带宽，或者查找到最小的一个预设编码等级时，就将找到的等级的编码参数反馈给可变比特率编码模块，以限制其产生的最大码流编码速度。

综上所述，以上只是使用本发明的一个具体实施实例，但是本发明的特征，并不局限于此。例如，以上实例中使用的是H264的视频编码算法，其实还有多种可以实时动态调整码流的方法，甚至不局限于视频编码算法，其它使用实时媒体流传输也在本发明的请求保护专利要求范围内。以上所述的在无线网络环境下也可以扩展为有线网络情况下等等，此等可以轻易想到的变化和修饰皆也应涵盖在本发明的请求保护专利要求范围内。

Claims (6)

1.一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，其特征是：所述的方法为设有可变比特率编码模块、编码速度统计模块、网络发送模块、网络传输最大带宽评估模块和编码码流调整决策模块，

所述的可变比特率编码模块，用于在实际的视频码流生成过程中能够按需调整编码比特率大小及相关视频编码参数；

所述的编码速度统计模块，用于在码流生成过程中，即时统计、计算真实产生的码流速度大小；

所述的网络发送模块，用于即时传送由前述编码模块产生的实时视频码流；

所述的网络传输最大带宽评估模块，用于监控网络传输状态、维持网络连接状态及统计评估当前网络带宽最大资源；

所述的编码码流调整决策模块，用于利用网络传输最大带宽评估模块反馈的当前网络带宽最大资源及编码速度统计模块提供的码流速度对比，确定当前视频编码速度的最佳值，然后将编码码流速度大小调整为该最佳值。

2.根据权利要求1所述的嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，其特征是：所述的方法为在系统初始化时，用户选定一个其期望的码流速度值；系统启动后，编码速度统计模块和网络传输最大带宽评估模块分别实时监测编码速度和网络传输速度，同时将监测结果实时送到编码码流调整决策模块，编码码流调整决策模块调整编码码流速度。

3.根据权利要求2所述的嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，其特征是：所述的编码码流调整决策模块调整编码码流速度时，当网络带宽资源小于编码速度，则将编码速度降低；当网络带宽资源大于或等于编码码流速度时，如当前网络传输的积压过多则保持编码码流速度不变，否则提高编码码流速度。

4.根据权利要求3所述的嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，其特征是：所述的编码速度降低时，需要降低到多少码流编码速度由当前网络传输带宽计算所得，计算方法为通过当前网络最大带宽除以当前编码通道数即可求出当前码流编码速度。

5.根据权利要求3所述的嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，其特征是：所述的提高编码码流速度时，调整幅度按照预先设定的等级调整。

6.根据权利要求5所述的嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，其特征是：所述的按照预先设定的等级调整时，通过码率峰值由底向高搜索，找到第一个码流峰值大于当前网络带宽的等级即为当前需要调整到的等级。

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