CN103139605B - 无线视频带宽智能分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线带宽自适应分配的控制方法，通过智能算法不断学习，把策略∏=S×A建立起来，S和A的关系不存在简单的一对一关系，而是动态变化的，而且集合A可以通过动态添加实现动作集合的变化，通过策略建立，各客户端根据自身的网络状况，在保证视频可靠传输的条件下，选择合理的视频传输速率，从而最终保证无线带宽的合理分配。

Description

无线视频带宽智能分配方法

技术领域

本发明涉及无线传输领域，尤其是一种无线视频带宽的智能分配方法。

背景技术

当前，无线视频监控由于其无线传输的特点被广泛应用，然而无线局域网并不能象有线的以太网一样提供稳定的传输环境，首先WLAN在带宽上较有线局域网小，而且随环境、距离等因素带宽不稳定；其次随着无线设备的增加，用户获得的平均带宽将以非线性迅速降低。因此，当使用无线局域网进行视频传输，特别是多个视频流的传输时，带宽的合理分配是一个亟待解决的问题。

现有发明的总体思路是制定一个视频流量调整策略，把每路视频流量调整分几个等级，一旦网络环境变差，则逐级调低流量，直到满足监控要求。假设S为带宽环境状态的离散集合，视频流量调整一次称为一次动作，A为现有动作的离散集合，S和A的映射空间定义为策略∏=S→A。该方案中，动作集合A中的各个动作都具有可比性，而且和带宽环境集合S中的关系往往存在一对一关系。然而实际的动作集合存在多样性，如可以调整比特率、帧数、图像像素等，其各种动作的可比性相对较差，因而上述方案的对应关系难以清晰描述。此外，当监控对象发生改变时，可采用的动作集合往往会发生改变，相应的策略∏也随之改变。因此，现有发明存在一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种无线带宽自适应分配的控制方法，各客户端根据自身的网络状况，在保证视频可靠传输的条件下，选择合理的视频传输速率，从而最终保证无线带宽的合理分配。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无线视频带宽智能分配方法，监控客户端进行帧率和比特率的采集，并根据下述的公式(1)进行评价，

$s=\frac{f_1}{f_0}-(1-\frac{b_1}{b_0})\×\mathrm{\α}---\left(1\right)$

式中带宽环境评价值为s、实际帧率为f₁、设定帧率为f₀、实际比特率为b₁、设定比特率为b₀、比重参数为α，其特征在于，包括如下步骤：

1)初始化设置比重参数α，初始化带宽环境评价值离散集合S，初始化动作集合A，初始化三维矩阵M，其中三维矩阵M第一维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，第二维长度为动作集合A的元素个数，第三维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，初始化后三维矩阵M所有元素值为最小负数；初始化三维矩阵P，其中三维矩阵P第一维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，第二维长度为动作集合A的元素个数，第三维长度为3；

2)监控客户端进行帧率和比特率的采集，并根据公式(1)进行评价得到第一评价值s₁，监控客户端随机从动作集合A取一元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率的采集，并根据公式(1)进行评价得到第二评价值s₂；获得同第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第一维序号为x，元素a对应的动作集合A元素第二维序号为y，同第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第三维序号为z，把三维矩阵M的元素M[x][y][z]的值设为第二评价值s₂，P[x][y][0]=z-x；

3)将第二评价值s₂作为新的第一评价值s₁，获得同这一新的第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第一维序号为x；根据新的x序号，取M[x][.][.]中值为最小负数的元素，如果不存在，则跳到步骤4)；否则得到该值为最小负数元素的第二维序号y，监控客户端根据由此得到的第二维序号y从动作集合A选取相应的元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到新的第二评价值s₂；获得同新的第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素对应第三维序号为z，根据这一步骤得到的三个新的x、y、z序号，将当前第二评价值s2赋予M[x][y][z]，设pold=P[x][y][0]，P[x][y][0]=pold+z-x，如果pold和P[x][y][0]的值同时为负数或正数，P[x][y][1]=P[x][y][1]+1，否则P[x][y][2]=P[x][y][2]+1。将第二评价值s₂作为新的第一评价值s₁，获得同这一新的第一评价值s₁最接近的带宽环境评价值离散集合前状态S1元素的对应序号为x；

4)取M[x][.][.]中值最大的元素max，得到该值最大的元素max的第二维序号y；

5)如果P[x][y][0]>=0，并且P[x][y][1]>P[x][y][2]，则进行步骤6)；否则取M[x][.][.]中所有小于max并且大于s₁值中最大的元素m，得到该元素m的第二维序号y，将元素m的值赋予max，从而保留上一次遍历找到的最大元素，以便下一轮遍历时过滤上一次已搜索无效的元素，重新进行步骤5)；如果M[x][.][.]中不存在小于max并且大于当前第一评价值s₁的值，则不进行任何动作，监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到又一新的第一评价值s₁；获得新得到的第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素对应的第一维序号为x，进行步骤4)；

6)客户端根据当前第二维y序号从动作集合A取相应的元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到又一新的第二评价值s₂；获得同新得到的第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素对应的第三维序号为z，把此时三个序号x、y、z对应的M[x][y][z]的值设为(M[x][y][z]+s₂)/2，设pold=P[x][y][0]，P[x][y][0]=pold+z-x；重复步骤3)。

在步骤1)中，还进行初始化定时参数，根据设置的定时参数启动三维矩阵P定时复位线程，为了避免矩阵P的评价准确性随着时间的推移降低，通过该线程进行复位(把矩阵P的所有元素设为0)，从而实现对各动作效果进行重新评价。

在本发明中，优选取所述最小负数为-1。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过智能算法不断学习，把策略∏=S×A建立起来，S和A的关系不存在简单的一对一关系，而是动态变化的，而且集合A可以通过动态添加实现动作集合的变化，通过策略建立，使客户端带宽得到合理分配，趋于稳定。

附图说明

图1为本发明智能分配方法模型图

图2为本发明智能分配方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明通过帧率、比特率参数实现对带宽环境的评价，监控客户端进行帧率和比特率的采集，并根据下述的公式(1)进行评价，

$s=\frac{f_1}{f_0}-(1-\frac{b_1}{b_0})\×\mathrm{\α}---\left(1\right)$

式中带宽环境评价值为s、实际帧率为f₁、设定帧率为f₀、实际比特率为b₁、设定比特率为b₀、比重参数为α(取值范围为0-0.99)。

参见图1，S为带宽环境评价值离散集合，A为动作集合或视频流量调整方法集合，由监控客户端(在本发明中，为PC机)的智能体采集网络环境得到带宽环境评价值s1，根据本发明的智能分配方法选择动作a进行视频流量调整，而后进行网络环境采集得到评价s2，这样智能体得到了知识“在网络状态s1情况下进行动作a可以得到网络状态s2”，智能体通过不断的“采集评价-动作-采集评价”进行学习，建立策略F(S*A)，从而将S和A动态对应。这样，监控客户端最后可根据实时网络环境动态执行动作来进行视频流量调整，达到分配带宽的目的。

本发明主要分以下几个步骤，参见图2：

1)初始化设置定时参数、比重参数α，比重参数α默认为0.2，初始化带宽环境评价值离散集合S，取值范围为0-1，从小到大排序，带宽环境评价值离散集合S的值由用户根据需要输入，如S={0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1}；初始化动作集合A，其值为视频参数调整方法的序号，如有四种策略：调整分辨率为VGA、调整分辨率为CIF、调整比特率为100k、调整帧率为30，对应序号分别为10、11、12、13，则A={10，11，12，13}，即A[0]=10，A[1]=11，A[2]=12，A[3]=13；初始化三维矩阵M，其中三维矩阵M第一维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，第二维长度为动作集合A的元素个数，第三维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，初始化后三维矩阵M所有元素值为-1(最小负数)，该矩阵用于表达各种动作执行后的结果；初始化三维矩阵P，其中三维矩阵P第一维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，第二维长度为动作集合A的元素个数，第三维为3(即具有三个元素)，初始化后三维矩阵P所有元素值为0，该矩阵用于表达各种动作的效果和稳定性，P[.][.][0]表示动作执行后带宽环境变好还是变坏，其值为正数表示变好，负数则表示变坏，值越大表示越好，P[.][.][1]表示动作执行后带宽的稳定性，值越大表示越稳定，P[.][.][2]表示动作执行后带宽的不稳定性，值越大表示越不稳定。根据设置的定时参数启动三维矩阵P定时复位线程，为了避免矩阵P的评价准确性随着时间的推移降低，通过该线程进行复位(把矩阵P的所有元素设为0)，从而实现对各动作效果进行重新评价。

2)监控客户端进行帧率和比特率的采集，并根据公式(1)进行评价得到第一评价值s₁，客户端随机从动作集合A取一元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率的采集，并根据公式(1)进行评价得到第二评价值s₂；获得同第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第一维序号为x，元素a对应的动作集合A元素第二维序号为y，同第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第三维序号为z，第三维序号z或第一维序号x大表示带宽环境好。把三维矩阵M的元素M[x][y][z]的值设为第二评价值s₂，P[x][y][0]=z-x。

3)将第二评价值s₂的值赋予第一评价值s₁，即第二评价值s₂作为新的第一评价值s₁，此时，同这一新的第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第一维序号为x；根据新的x序号，取M[x][.][.]中值为-1的元素，如果不存在，则跳到步骤4)；否则得到该值为-1元素的第二维序号y，监控客户端根据由此得到的第二维序号y从动作集合A选取相应的元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到新的第二评价值s₂；获得同新的第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素对应第三维序号为z，根据这一步骤得到的三个新的x、y、z序号，将当前第二评价值s2赋予M[x][y][z]，设pold=P[x][y][0]，P[x][y][0]=pold+z-x，如果pold和P[x][y][0]的值同时为负数或正数，P[x][y][1]=P[x][y][1]+1，否则P[x][y][2]=P[x][y][2]+1，等式两边分别表示新赋予的值和前一步骤得到的值。将第二评价值s₂的值赋予第一评价值s₁，即第二评价值s₂作为新的第一评价值s₁，此时，同这一新的第一评价值s₁最接近的带宽环境评价值离散集合前状态S1元素的对应序号为x。

4)取M[x][.][.]中值最大的元素max，得到该最大元素max的第二维序号y；

5)如果P[x][y][0]>=0，并且P[x][y][1]>P[x][y][2]，则进行步骤6)；否则取M[x][.][.]中所有小于max并且大于s₁值中最大的元素m，得到该元素m的第二维序号y，将元素m的值赋予max，从而保留上一次遍历找到的最大元素，以便下一轮遍历时过滤上一次已搜索无效的元素，重新进行步骤5)。如果M[x][.][.]中不存在小于max并且大于当前第一评价值s₁的值，则不进行任何动作，监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到又一新的第一评价值s₁；获得同该第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素对应的第一维序号为x，进行步骤4)。

6)客户端根据当前第二维y序号从动作集合A取相应的元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到又一新的第二评价值s₂；获得同该第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素对应的第三维序号为z，把此时三个序号x、y、z对应的M[x][y][z]的值设为(M[x][y][z]+s₂)/2，设pold=P[x][y][0]，P[x][y][0]=pold+z-x，如果pold和P[x][y][0]都为负数或正数，则P[x][y][1]=P[x][y][1]+1，否则P[x][y][2]=P[x][y][2]+1。如果P[x][y][0]改变前后都为负数，即表示动作执行后带宽环境没有变好，都为正数，则表示动作执行后带宽环境没有变坏，也就是说，当动作执行后带宽环境没有时好时坏震荡，表明该动作比较稳定，P[x][y][1]+1，相反不稳定P[x][y][2]+1。重复步骤3)。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无线视频带宽智能分配方法，监控客户端进行帧率和比特率的采集，并根据下述的公式(1)进行评价，

$s=\frac{f_1}{f_0}-(1-\frac{b_1}{b_0})\×\mathrm{\α}---\left(1\right)$

式中带宽环境评价值为s、实际帧率为f₁、设定帧率为f₀、实际比特率为b₁、设定比特率为b₀、比重参数为α，其特征在于，包括如下步骤：

1)初始化设置比重参数α，初始化带宽环境评价值离散集合S，初始化动作集合A，初始化三维矩阵M，其中三维矩阵M第一维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，第二维长度为动作集合A的元素个数，第三维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，初始化后三维矩阵M所有元素值为最小负数；初始化三维矩阵P，其中三维矩阵P第一维长度为带宽环境评价值离散集合S的元素个数，第二维长度为动作集合A的元素个数，第三维长度为3；

2)监控客户端进行帧率和比特率的采集，并根据公式(1)进行评价得到第一评价值s₁，监控客户端随机从动作集合A取一元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率的采集，并根据公式(1)进行评价得到第二评价值s₂；获得同第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第一维序号为x，元素a对应的动作集合A元素第二维序号为y，同第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第三维序号为z，把三维矩阵M的元素M[x][y][z]的值设为第二评价值s₂，P[x][y][0]＝z-x；

3)将第二评价值s₂作为新的第一评价值s₁，获得同这一新的第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素的对应第一维序号为x；根据新的x序号，取M[x][.][.]中值为最小负数的元素，如果不存在，则跳到步骤4)；否则得到该值为最小负数元素的第二维序号y，监控客户端根据由此得到的第二维序号y从动作集合A选取相应的元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到新的第二评价值s₂；获得同新的第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素对应第三维序号为z，根据这一步骤得到的三个新的x、y、z序号，将当前第二评价值s2赋予M[x][y][z]，设pold＝P[x][y][0]，P[x][y][0]＝pold+z-x，如果pold和P[x][y][0]的值同时为负数或正数，P[x][y][1]＝P[x][y][1]+1，否则P[x][y][2]＝P[x][y][2]+1；将第二评价值s₂作为新的第一评价值s₁，获得同这一新的第一评价值s₁最接近的带宽环境评价值离散集合前状态S1元素的对应序号为x；

4)取M[x][.][.]中值最大的元素max，得到该值最大的元素max的第二维序号y；

5)如果P[x][y][0]>＝0，并且P[x][y][1]>P[x][y][2]，则进行步骤6)；否则取M[x][.][.]中所有小于max并且大于s₁值中最大的元素m，得到该元素m的第二维序号y，将元素m的值赋予max，从而保留上一次遍历找到的最大元素，以便下一轮遍历时过滤上一次已搜索无效的元素，重新进行步骤5)；如果M[x][.][.]中不存在小于max并且大于当前第一评价值s₁的值，则不进行任何动作，监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到又一新的第一评价值s₁；获得新得到的第一评价值s₁最接近的三维矩阵M的第一维带宽环境评价值离散集合S元素对应的第一维序号为x，进行步骤4)；

6)客户端根据当前第二维y序号从动作集合A取相应的元素a，根据该元素a对视频头进行对应的远程配置操作；监控客户端再次进行帧率和比特率采集，并根据公式(1)进行评价得到又一新的第二评价值s₂；获得同新得到的第二评价值s₂最接近的三维矩阵M的第三维带宽环境评价值离散集合S元素对应的第三维序号为z，把此时三个序号x、y、z对应的M[x][y][z]的值设为(M[x][y][z]+s₂)/2，设pold＝P[x][y][0]，P[x][y][0]＝pold+z-x；重复步骤3)。

2.如权利要求1所述的无线视频带宽智能分配方法，其特征在于，在步骤1)中，还进行初始化定时参数，根据设置的定时参数启动三维矩阵P定时复位线程。

3.如权利要求1或2所述的无线视频带宽智能分配方法，其特征在于，所述最小负数为-1。