CN102510427B - 一种低网络带宽手机实时在线传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低网络带宽手机实时在线传输的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1手机系统进入到自动设置SIM卡模式；步骤2手机系统进行视频数据采集，并进行视频数据压缩；步骤3手机系统判断当前网络状态情况：如果网络状态好就将压缩后的视频数据传输给数据接收端；如果网络状态不好，手机系统将视频数据存储到手机存储卡上，然后进行网络状态是否改善的检测，一旦发现网络状态有改善就存储在存储卡中的视频数据传输给数据接收端。该方法对手机配置要求低，只带有摄像头并且能上网的智能手机即可。使用适应用于手机的内部压缩算法，极大降低对带宽的要求。操作便捷，一键搞定所有拍摄过程，随拍、随发、随看。

Description

一种低网络带宽手机实时在线传输的方法

技术领域

本发明涉及一种低网络带宽手机实时在线传输的方法。

背景技术

以前的视频拍摄只能通过摄像机来实现，对于一些突发事件，急需记录下来当时的特殊情况，而手上又没有摄像机，于是可以摄像的手机应运而生。现有的手机视频拍摄，对手机要求颇高，不仅仅是需要手机有高像素摄像头和能上网的智能手机就可以的，在采集视频后压缩处理不够，导致传输速度较低，造成视频传输延迟；同时也存在拍摄分辨率低，在整个传输过程中，封装了很多无用的信息(增加了视频的大小)，如遇到较低网络带宽，视频传输基本就被阻断了。根本无法实现实时直播。若是双卡手机，不能自动选择网络状态好的卡进行视频传输；或双卡并行传输。即拍即传的方式，以保证高实时性为前提，服务器端接收到的视频与发端完全同步，这种传输方式适合于做视频现场直播，延迟低，同步性好。但如果网络条件不好，比如遇到3G网络不稳定，或采用2G无线网络进行传输的情况，丢帧现象会比较严重，造成画面模糊，这种传输方式适合于做视频分享和存储，但传输的延迟会相对增加，失去了直播的意义。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种低网络带宽手机实时在线传输的方法。本发明针对手机处理器性能，开发并使用特殊的精简优化的视频压缩算法。在开始拍摄之前，先进行SIM自动设置，随后进行视频数据采集，然后在对视频清晰度、画面质量不产生影响(或只产生微弱影响)的前提下进行压缩处理，从很大程度上减小了视频文件大小，这样就降低了对网络带宽的要求；对画面质量不产生损伤，也就代表着在拍摄时并不需要配置特别好的手机，通过高质量的采集信息来弥补后期压缩处理所产生的损伤。在协议传输的过程中，会对视频文件进行再次无损压缩处理，封装时过滤掉无用的信息，进一步使视频数据量变小，提高并保证视频文件的传输速度及质量，从而达到实时在线传输及同步播放。对于多卡(目前常用的是双卡)手机，默认采用多卡(目前常用的是双卡)捆绑增加带宽的方式进行传输，如遇多卡(目前常用的是双卡)中任一卡片无信号或信号较弱时，可自动选择及切换信号强的卡进行视频传输。如手机支持WIFI功能，可设置将其成功连接到INTERNET后，使用WIFI传输。若遇无法连接服务器或网络带宽过小，不足以用来传输视频数据时，压缩过的视频数据可以先保存在手机内部存储器上，待带宽足够时(500毫秒检测一次)，会自动继续进行传输。本发明采用的技术手段如下：

一种低网络带宽手机实时在线传输的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1手机系统进入到自动设置SIM卡模式：首先判断SIM卡信号是否良好；如果SIM卡信号良好，设置SIM卡数据传输模式；如果SIM卡信号不好，手机系统将采集，压缩后的视频数据直接存储到手机存储卡上；

步骤2手机系统进行视频数据采集，并进行视频数据压缩；

步骤3手机系统判断当前网络状态情况：如果网络状态好就将压缩后的视频数据传输给数据接收端；如果网络状态不好，手机系统将视频数据存储到手机存储卡上，然后进行网络状态是否改善的检测，一旦发现网络状态有改善就存储在存储卡中的视频数据传输给数据接收端。

所述步骤1中的SIM卡数据传输模式设置具体包括如下步骤：

步骤①检测手机和硬件状态，判断其是否支持多卡；

步骤②如手机不支持多卡，手机系统直接进入进行视频数据采集步骤；

步骤③如手机支持多卡，进一步判定是否可以进行多卡并行传输：如果能够并行传输，多卡绑定传输设置，后进入视频数据采集步骤；如果不能够并行传输，手机系统判断不同SIM卡的信号的好坏，进而选择信号好的作为视频数据传输使用，后进入视频数据采集步骤。

所述步骤1中的SIM卡数据传输模式设置步骤中的步骤③中如手机支持多卡，并手机能够并行传输的步骤中还包括，通过阈值进行判断是否进行多卡并行传输：设阈值M为SIM卡信号强度好，阈值L为SIM卡基本没有信号，X是SIM卡的信号强度，当所有SIM卡的信号强度满足L＜Xi＜M或Xi＞M时，多卡并行传输视频数据使用，其中Xi是从系统得到的第i个SIM卡的信号强度，是其中i＝1，2，……n，n是手机中带的SIM卡的个数；当第i个SIM卡的信号强度Xi＜L时，选择信号强度L＜Xj＜M或Xj＞M的第j个SIM卡并行或单独传输视频数据使用，其中j∈1，2，……n，且j≠i。

所述步骤2中的视频数据压缩包括如下步骤：

步骤a先从经摄像头采集到的视频数据中，读取其中的一帧图像，判断该帧图像是否为YUV模型：如果该帧图像为YUV模型，该YUV模型转换为4:1:1模式；如果该帧图像不是YUV模型，将该帧图像转换为YUV模型，然后将转换后的YUV模型进一步转换为4:1:1模式；

步骤b将转换为4:1:1模式的图像拆分成2*4块；

步骤c对上述拆分后的图像进行判断，判断该帧图像是否为关键帧：如果该帧图像是关键帧，进而对此关键帧进行整数变换，并将变换后的结果进行量化和二进制算数编码处理；如果该帧图像不是关键帧，则对该帧图像进行图像差分和半零块检测来找出能够被压缩处理的图像，对能够压缩的图像进行DCT变换和量化处理后，进行嫡编码；

步骤d判断步骤c中编码处理的关键帧图像或非关键帧图像的过程是否继续，不是结束，是的话进行下一帧图像读，取并重复上述工作。

所述步骤2中的视频数据压缩步骤中步骤c还包括：对能够压缩的图像进行量化处理的同时进行反量化，然后进行IDCT处理，作为下一个图像差分的基础。直到数据压缩完成。

该方法对手机配置要求低，只带有摄像头并且能上网的智能手机即可。因此选择范围广泛。使用适应用于手机的内部压缩算法，传输协议再次无损压缩及信息过滤装，极大降低对带宽的要求。对于双卡手机，可自行选择使用信号强的卡进行传输，不需担心信号问题。支持双卡捆绑工作。操作便捷，一键搞定所有拍摄过程，随拍、随发、随看。综上所述，本发明通过特殊精简优化的手机视频内部压缩算法，使用视频传输协议，优化封装，对于双卡手机实现双卡并行传输的模式，从而使手机直播在低网络状态下的实时在线传输。让用户欣赏到实时及清楚流畅的视频数据。

附图说明

图1本发明手机视频直播系统传输示意图；

图2手机拍摄工作流程图；

图3SIM卡设置流程图；

图4手机视频内部压缩算法流程图；

图5视频数据协议传输流程图。

具体实施方式

图1为本发明所述低网络带宽手机实时在线传输的方法所应用的一实例系统的结构示意图，配有摄像头的手机采集到视频数据后，通过无线网络传递将其传递到服务器端，再通过无线网络将视频数据由服务器端发送到各客户端，用户即可即时观看到精彩流畅的节目。

图2为低网络带宽手机实时在线传输方法的流程图，包括如下步骤：

步骤1手机系统进入到自动设置SIM卡模式：首先判断SIM卡信号是否良好；如果SIM卡信号良好，设置SIM卡数据传输模式；如果SIM卡信号不好，手机系统将采集，压缩后的视频数据直接存储到手机存储卡上；

步骤2手机系统进行视频数据采集，并进行视频数据压缩；

步骤3手机系统判断当前网络状态情况：如果网络状态好就将压缩后的视频数据传输给数据接收端；如果网络状态不好，手机系统将视频数据存储到手机存储卡上，然后进行网络状态是否改善的检测，没有改善就继续存储到手机存储卡中，一旦发现网络状态有改善就存储在存储卡中的视频数据传输给数据接收端。

进一步描述为：手机准备拍摄，手机系统进入到自动设置SIM卡模式，来选择以什么样的模式进行数据传输；SIM卡设置好后，进行到采集视频数据步骤，信息采集后，通过手机视频内部压缩算法进行视频压缩；判断网络状态，如果网络不畅或无法连接数据接收端(如：服务器)，会自己将压缩后的视频数据存储到手机的存储卡上，每500毫秒向服务器发送一次指令，来检查网络状态是否改善，若服务器有响应则证明网络状态改善，则发送视频数据到服务器端。整个过程使用自定义的传输协议，使传输过程相对简单。

图3为SIM卡设置流程图，SIM卡数据传输模式设置具体包括如下步骤：

步骤①检测手机和硬件状态，判断其是否支持多卡；

步骤②如手机不支持多卡，手机系统直接进入进行视频数据采集步骤；

步骤③如手机支持多卡，进一步判定是否可以进行多卡并行传输：如果能够并行传输，多卡绑定传输设置，后进入视频数据采集步骤；如果不能够并行传输，手机系统判断不同SIM卡的信号的好坏，进而选择信号好的作为视频数据传输使用，后进入视频数据采集步骤。

所述步骤1中的SIM卡数据传输模式设置步骤中的步骤③中如手机支持多卡，并手机能够并行传输的步骤中还包括，通过阈值进行判断是否进行多卡并行传输：设阈值M为SIM卡信号强度好，阈值L为SIM卡基本没有信号(信号度值的范围可以通过“0～100”来表示，M的范围为“20～100”、L的范围为“0～20”)，X是SIM卡的信号强度，当所有SIM卡的信号强度满足L＜Xi＜M或Xi＞M时，多卡并行传输视频数据使用，其中Xi是从系统得到的第i个SIM卡的信号强度，是其中i＝1，2，……n，n是手机中带的SIM卡的个数(通常n等于2，目前常用的是双卡手机)；当第i个SIM卡的信号强度Xi＜L时(，即其中的一个或几个SIM卡的信号小设定阈值L时)，选择信号强度L＜Xj＜M或Xj＞M的第j个SIM卡并行或单独传输视频数据使用，其中j∈1，2，……n，且j≠i，就是选择信号强度达到标准的SIM做为传输视频数据使用，如果有多张SIM卡的信号强度满足要求，可以选择其中信号强度最好的做为传输视频数据使用，也可将这多张SIM卡捆绑并行使用。

进一步描述为：首先检测手机和手机硬件状态，是否支持多卡并行传输，打开所有的卡，通过阈值进行判断是否可以进行多卡并行传输，假设阈值M、L，M为SIM卡信号强度好，L为SIM卡基本没有信号(信号度值的范围可以通过“0～100”来表示，M的范围为“20～100”、L的范围为“0～20”)，无法使用。以双卡双待手机为例，X是从系统得到的信号强度，当SIM卡，L＜X＜M或X＞M，都可用，即可进行多卡并行传输；当其中的一个SIM卡的信号强度X＜L时，此卡处于不可用状态，这时只能选择另外一个信号好的卡使用。当多卡并行传输时增加了网络带宽，提高视频数据传输速度。

图4为手机视频内部压缩算法流程图，视频数据压缩包括如下步骤：

步骤a先从经摄像头采集到的视频数据中，读取其中的一帧图像，判断该帧图像是否为YUV模型：如果该帧图像为YUV模型，该YUV模型转换为4:1:1模式；如果该帧图像不是YUV模型，将该帧图像转换为YUV模型，然后将转换后的YUV模型进一步转换为4:1:1模式；

步骤b将转换为4:1:1模式的图像拆分成2*4块；

步骤c对上述拆分后的图像进行判断，判断该帧图像是否为关键帧：如果该帧图像是关键帧，进而对此关键帧进行整数变换，并将变换后的结果进行量化和二进制算数编码处理，两个过程合二为一，减少了编解码的运算量，提高了图像压缩的实时性；如果该帧图像不是关键帧，则对该帧图像进行图像差分和半零块检测来找出能够被压缩处理的图像，对能够压缩的图像进行DCT变换和量化处理后，进行嫡编码；

步骤d判断步骤c中编码处理的关键帧图像或非关键帧图像的过程是否继续，不是结束，是的话进行下一帧图像读，取并重复上述工作。

所述步骤2中的视频数据压缩步骤中步骤c还包括：对能够压缩的图像进行量化处理的同时进行反量化，然后进行IDCT处理，作为下一个图像差分的基础。直到数据压缩完成，为的是若量化不成功则进行逆过程，重新进行差分环。

具体描述如下：准备开始进行压缩处理，先从经摄像头采集到的视频数据中，读取其中的一帧图像，与摄像头通信后，即可判断图像是否为YUV模型，与RGB视频信号传输相比，YUV最大的优点在于只需占用较少的带宽，利于编写算法。若不是YUV模型，则通过下列经过优化的计算公式将其转换为YUV4:1:1模式：

Y＝(2*R+4*G+B)/8；

V＝(3*R-2*G-B/2)/8；

U＝-(R-G+3*B)/8；

通常情况下转换成4:2:0模式，相对简单很多，但是不利于编码，而4:1:1的采样更适合手机视频算法。所以我们采用特殊的转换公式，将其转换为4:1:1模式；接下来将一帧图像拆分成2*4块，设定每隔N帧为关键帧，当X2＝N(N为关键帧的间隔)时，对此关键帧进行整数变换，，将变换后的结果进行量化和二进制算数编码处理，两个过程合二为一，减少了编解码的运算量，提高了图像压缩的实时性，码率有了很大的下降。

若此帧图像X2≠N，则要进行图像差分和半零块检测来找出那些可以被压缩处理的图像，对可以压缩的数据进行DCT变换和量化，嫡编码过程。若量化不成功则进行逆过程，反量化了IDCT变换，重新进行差分环节。直到数据压缩完成。本方法同样可以用于压缩各种其它类型的视频数据。

图5为视频数据协议传输流程图，在传输的过程中首先会整理视频数据，然后对视频数据进行二次无损压缩，减小视频文件大小，压缩后进行信息封装，过滤掉无用的垃圾信息，封装环节再次减小视频文件的大小。视频数据被压缩到尽可能小之后，将信息发送到服务器端。

传统的流媒体协议如：RTCP、RTSP、mms、fmt都是基于TCP/IP的，在这个基础上再进行格式的封装，强调的是通用性，所以包内存在着一些为了“通用”而产生的一些冗余信息，这些信息虽然不大，但是对于受限网络带宽较大的手机来说，精简一些信息量还是有必要的。

在这个过程中采用huffman编码进行无损压缩，目的也是尽量减少一些数据量。Huffman编码过程：

1)将信号源的符号按照出现概率递减的顺序排列。

2)将最下面的两个最小出现概率进行合并相加，得到的结果作为新符号的出现概率。

3)重复进行步骤1和2直到概率相加的结果等于1为止。

4)在合并运算时，概率大的符号用编码0表示，概率小的符号用编码1表示。

5)记录下概率为1处到当前信号源符号之间的0，1序列，从而得到每个符号的编码。

本方案能达到的效果的举例说明

1、以2G手机为例：通过本方案视频压缩算法和一次无损传输压缩，能以352*28825fp通过40kbps以下的网络带宽流畅传输。

2、以3G手机为例：通过本方案视频压缩算法和一次无损传输压缩，能以720*57625fp通过300kbps以下的网络带宽流畅传输。

3、双卡手机可自动选择最佳模式，以保证传输质量。

4、如遇网络不通畅或无法连接服务器，内部程序会将待发送视频数据暂存到手机内部存储器。存储优先顺序：手机ROM------手机SD卡。

本方案和现有技术的对比结果如下：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种低网络带宽手机实时在线传输的方法，其特征在于包括如下步骤： 

步骤1手机系统进入到自动设置SIM卡模式：首先判断SIM卡信号是否良好；如果SIM卡信号良好，设置SIM卡数据传输模式；如果SIM卡信号不好，手机系统将采集，压缩后的视频数据直接存储到手机存储卡上； 

步骤2手机系统进行视频数据采集，并进行视频数据压缩； 

步骤3手机系统判断当前网络状态情况：如果网络状态好就将压缩后的视频数据传输给数据接收端；如果网络状态不好，手机系统将视频数据存储到手机存储卡上，然后进行网络状态是否改善的检测，一旦发现网络状态有改善就存储在存储卡中的视频数据传输给数据接收端；所述步骤1中的SIM卡数据传输模式设置具体包括如下步骤： 

步骤①检测手机和硬件状态，判断其是否支持多卡； 

步骤②如手机不支持多卡，手机系统直接进入进行视频数据采集步骤； 

步骤③如手机支持多卡，进一步判定是否可以进行多卡并行传输：如果能够并行传输，多卡绑定传输设置，后进入视频数据采集步骤；如果不能够并行传输，手机系统判断不同SIM卡的信号的好坏，进而选择信号好的作为视频数据传输使用，后进入视频数据采集步骤； 

所述步骤1中的SIM卡数据传输模式设置步骤中的步骤③中如手机支持多卡，并手机能够并行传输的步骤中还包括，通过阈值进行判断是否进行多卡并行传输：设阈值M为SIM卡信号强度好，阈值L为SIM卡基本没有信号，X是SIM卡的信号强度，当所有SIM卡的信号强度满足L<Xi<M或Xi>M时，多卡并行传输视频数据使用，其中Xi是从系统得到的第i个SIM卡的信号强度，是其中i=1,2，……n，n是手机中带的SIM卡的个数；当第i个SIM卡的信号强度Xi<L时，选择信号强度L<Xj<M或Xj>M的第j个SIM卡并行或单独传输视频数据使用，其中j∈1,2，……n，且j≠i； 

所述步骤2中的视频数据压缩包括如下步骤： 

步骤a先从经摄像头采集到的视频数据中，读取其中的一帧图像，判断该帧图像是否为YUV模型：如果该帧图像为YUV模型，该YUV模型转换为4：1：1模式；如果该帧图像不是YUV模型，将该帧图像转换为YUV模型，然后将转换后的YUV模型进一步转换为4：1：1模式； 

步骤b将转换为4：1：1模式的图像拆分成2*4块； 

步骤c对上述拆分后的图像进行判断，判断该帧图像是否为关键帧：如果该帧图像是关键帧，进而对此关键帧进行整数变换，并将变换后的结果进行量化和二进制算数编码处理；如果该帧图像不是关键帧，则对该帧图像进行图像差分和半零块检测来找出能够被压缩处理的图像，对能够压缩的图像进行DCT变换和量化处理后，进行熵编码； 

步骤d判断步骤c中编码处理的关键帧图像或非关键帧图像的过程是否继续，不是结束，是的话进行下一帧图像读取并重复上述工作； 

所述步骤2中的视频数据压缩步骤中步骤c还包括：对能够压缩的图像进行量化处理的同时进行反量化，然后进行IDCT处理，作为下一个图像差分的基础，直到数据压缩完成。 

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