CN103248884A - 一种控制视频速率的系统、基站及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种控制视频速率的系统、基站及方法，所述系统包括：编码模块、控制模块和排队调度模块。应用本发明实施例，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。不需要最终接收视频数据的接收端反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整。而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。

Description

一种控制视频速率的系统、基站及方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种控制视频速率的系统、基站及方法。
背景技术
视频通信，特别是实时视频通信，预计将成为长期演进(LTE，Long TermEvolution)无线网络中的主要通信业务形式。由于无线资源的稀缺，从运营商角度来说，一个好的基于LTE的视频通信系统应该能够达到最大的系统容量，即支持最多的用户数，同时还能够提供满意的用户体验，比如接收视频质量，视频连续度等。
在无线网络中，丢包主要由两种原因造成：网络拥塞和随机无线信道错误。同随机无线信道错误一样，低带宽或者波动带宽网络中网络拥塞导致的丢包会严重影响系统容量和用户体验。发送速率控制技术能够降低或者避免网络拥塞。所以，研发能够自适应于网络状况的速率控制技术对于无线多媒体应用尤为重要。
对于实时视频应用，发送速率的控制可以通过动态改变应用层的视频编码参数(例如，量化步长)来实现。网络拥塞状况还与物理层传输参数(比如调制编码方案(MCS，Modulation and Coding Scheme))密切相关。
现有的控制视频速率的方法主要是针对有线网络的基于用户端反馈的传输层速率控制技术。
该方法中，发送速率的调整是基于用户端的反馈信息进行的。这些反馈信息，包括丢包概率、时延、或者其他服务质量(QoS)参量，被认为可以直接反映网络的拥塞状况。发送端基于这些反馈信息通过方程式计算出合适的发送速率。
上述不适于无线网络中的发送速率调整。因为现有技术只考虑网络拥塞导致的丢失事件。而无线网络中，除网络拥塞导致的丢失事件外，无线信道随机错误也会造成丢包。而且，无线信道随机错误引起的重传也会影响网络的拥塞状况。另外，现有传输层速率控制技术主要是基于接收端的反馈信息。由于反馈机制本身的时延，导致速率调整总是滞后于网络拥塞和丢失事件的发生，造成无法避免由网络拥塞导致的丢失事件对接收视频质量的不利影响。
有技术中难以找到一种适用于无线网络，且不需要接收端反馈、能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩的参数的动态调整，能够考虑所有传输时延的视频速率调整方案。
发明内容
本发明实施例提供一种控制视频速率的系统、基站及方法，在控制视频速率时，能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩的参数的动态调整。
本发明实施例提供了一种控制视频速率的系统，，所述系统包括：
服务器，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给基站；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给基站；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给基站；
基站，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
本发明实施例还提供了一种基站，所述基站包括：
编码模块，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给控制模块；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；
控制模块，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；
排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
本发明实施例还提供了一种基站，所述基站包括：
控制模块，用于根据信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器侧；根据估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器侧，将所述传输参数传递给排队调度模块；其中，所述信息比特数是服务器采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩，获得的应用每种编码参数压缩后的信息比特数；所述估计视频失真值是服务器侧根据接收到的估计的丢包率计算后获得的；
排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
本发明实施例还提供了一种控制视频速率的方法，包括：
接收对应每种编码参数压缩后的信息比特数；其中，所述对应每种编码参数压缩后的信息比特数是依次采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩后获得的；
接收系统状态参数；
根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延；
根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数；
按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩；
按照所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
应用本发明实施例，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自于视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈信息，能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的控制视频速率系统的工作模型图；
图2a是根据本发明实施例的控制视频速率的一种系统结构示意图；
图2b是根据本发明实施例的控制视频速率的另一种系统结构示意图；
图3是根据本发明实施例的控制视频速率的方法流程图；
图4是基于图1、2所示系统的交互流程图；
图5是根据本发明实施例的试验系统框图；
图6是第n帧视频编码图像结构示意图；
图7是实例一中对于一个用户的视频片i所对应的所有操作点的组合；
图8是根据本发明实施例的一种基站的结构示意图；
图9是根据本发明实施例的另一种基站的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例所提供的控制视频速率的系统、基站及方法不需要接收端的反馈信息；所需要的网络状况信息(如网络丢包和数据包时延情况等)均在发送端计算得出。本发明实施例所述系统的工作模型如图1所示。该系统是一个多用户系统，主要包括三个模块：编码模块、控制模块和排队调度模块。
编码模块的功能是对输入视频进行压缩。每一个用户对应于一个编码器；编码器的编码参数值有多个可选操作点；不同的操作点会导致编码器输出不同的信息速率以及视频压缩失真。编码模块可以被放在网络服务器端，也可以被放在基站侧。如果假定视频编码模块处于基站侧，则基站应该具有对于从服务器输入的视频流进行先解码后再编码的功能。
排队调度模块的功能是对视频压缩比特流按一定的优先级分配无线资源以进行发送。在该模块中，每一个用户对应于一个队列；从应用层编码模块输出的视频流数据进入队列等候排队调度模块提供的发送服务；发送速率的大小取决于物理层无线信道状况以及传输参数的选择。排队调度模块处于基站侧。
控制模块的功能包括：与编码模块和排队调度模块交互获得各种参数(如编码参数和传输参数等)取值下的网络状况和视频失真信息；使用优化算法确定各参数的最佳操作点并传递给参数所在模块。本发明实施例把控制模块放在基站侧，从而更靠近时变的无线信道，能够更及时地估计网络状况。
参见图2a，其是根据本发明实施例的控制视频速率的系统结构示意图，本发明实施例所述系统包括：
编码模块201，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；
上述编码模块可以位于基站或服务器侧，当编码模块位于基站侧时，该基站具有对于从服务器接收到的视频编码数据先解码再编码的功能。
控制模块202，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；
排队调度模块203，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
其中，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。
其中所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和调制编码方案(MCS)。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合：时间传输间隔(TTI，Transmission Time Interval)，资源块(RB，Resource Block)，调度块(SB，Scheduling Block)。
上述控制模块估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和随机无线信道错误，基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延。
上述优化算法根据优化目标确定。
所谓根据优化目标确定是根据需要优化的目标确定优化算法。例如，优化目标是“保证一定视频质量的前提下最大系统容量”，此时的优化算法是：控制模块接受编码模块传递的视频失真评估值，找出失真评估值小于某一门限(试验证明37db为肉眼可接受的视频质量的一个临界值)时的所有参数组合(该组合包括编码参数和传输参数等)，然后用这些参数组合，模拟计算可支持的用户数(支持的用户数越多，系统容量越大)，找出支持用户数最多的那组参数，则这组参数包含的编码参数和传输参数，则为控制模块优化算法确定的最佳编码参数值和最佳传输参数值。当然，优化目标还可以是“保证一定用户数量的前提下最大系统容量”，或者，优化目标还可以是“保证优质视频质量的前提下最大系统容量”等等。可见，优化目标是可以根据用户需求而确定的，相应的，所使用的优化算法是为了保证优化目标得以实现的算法。
上述控制模块和排队调度模块位于基站侧。
需要说明的是，如果上述编码模块201位于服务器上，上述控制模块202和排队调度模块203位于基站侧，则根据本发明实施例的控制视频速率的系统如图2b所示，具体包括：
服务器204，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给基站；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给基站；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给基站；
基站205，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
当然，所述视频编码单元可以为视频图像帧或视频片Slice。所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。所述系统状态参数还包括以下其中之一或任意组合：时间传输间隔TTI，资源块RB，调度块SB。
应用本发明实施例提供的系统，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自于视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
参见图3，其是根据本发明实施例的控制视频速率的方法流程图，本实施例所述的方法应用于图1、2所提供的系统，具体包括：
步骤301，控制模块接收来自编码模块的对应每种编码参数压缩后的信息比特数；其中，所述对应每种编码参数压缩后的信息比特数是编码模块依次采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩后获得的；
步骤302，接收来自排队调度模块的系统状态参数；
步骤303，根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；
步骤304，控制模块接收来自编码模块的根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；以使编码模块按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；由排队调度模块按照所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
上述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。
上述系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和调制编码方案(MCS)。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合：时间传输间隔(TTI，Transmission Time Interval)，资源块(RB，ResourceBlock)，调度块(SB，Scheduling Block)。
上述传输参数可以仅包括MCS，还可以包括除MCS之外的以下其中之一或任意组合：TTI，RB，SB等。
上述控制模块估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和随机无线信道错误，基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延。
上述优化算法根据优化目标确定。
上述编码模块位于基站或服务器端。
上述控制模块和排队调度模块位于基站。
应用本发明实施例提供的方法，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自与视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
参见图4，其是基于图1、2所示系统的交互流程图，本实施例具体包括：
步骤401，编码模块接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数；
步骤402，编码模块将所获得的应用每种编码参数压缩后的信息比特数传递给控制模块；
步骤403，控制模块从排队调度模块获得系统状态参数；
该系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和MCS。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合：TTI，RB，SB。
步骤404～405，控制模块根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；
具体的，控制模块可以根据网络拥塞和随机无线信道错误，并基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延；
步骤406～407，编码模块根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；
具体的计算方法同现有技术，在后面的实例中再详细说明。
步骤408～409，控制模块根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；
上述优化算法根据优化目标确定。
上述传输参数可以仅包括MCS，还可以包括除MCS之外的以下其中之一或任意组合：TTI，RB，SB等。
步骤410～411，编码模块按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；
步骤412，排队调度模块按照所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
应用图4所示方法，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自与视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例中通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
为了验证方案的可行性，进行了仿真试验。参见图5，其是根据本发明实施例的试验系统框图，每一用户的每一个视频片slice被当作一个视频编码单元。本例中，编码模块由编码器来实现，控制模块由控制器来实现，排队调度模块由排队调度器来实现。假定视频帧中的一个slice包括一行宏块(macroblock)。将视频压缩中的量化步长(QP)用作调整输出速率的视频编码参数，把物理层的MCS当作需要优化的传输参数。每一个slice对应的压缩信息比特对应于一个数据包。根据LTE系统参数，把数据包分成若干个相同长度的编码块(coding block)，本实施例中假设每个编码块包括6个资源块。
实例一：具体操作步骤如下：
(1)编码器采用不同QP值压缩输入视频
对于一个给定的视频编码单元slice，不同的QP值会导致不同的压缩比特数。编码器把编码后所得的表1所示的压缩比特数信息传递给控制器。
表1编码器传递给控制器的信息
Figure BDA0000135624160000101
(2)控制器计算每个数据包的丢包率和时延
一般情况下，视频压缩输出的数据包在调度前被分成多个相同长度的信息编码块。这些编码块组成队列等候排队调度器的服务。该队列的服务速率就是无线信道的吞吐率。该队列的编码块到达速率取决于视频流速率。在给定视频帧速率的情况下，视频流速率取决于视频编码参数QP的选择。数据包传输的时效性决定了这些编码块也具有一定的生命周期。如果某个编码块在队列等待中的时延超过其生命周期，该编码块就会被从队列中丢弃；其相应的数据包也会被丢弃，从而导致丢包率/丢失事件的发生。也就是说，编码块排队等待超时(timeout)而导致的丢包概率反映了网络的拥塞状况。导致编码块时延过长的原因有：无线信道状况很差导致传输速率过低和多次重传；编码器输出视频比特率过高导致队列长度增加，从而导致网络拥塞发生，排队时延过大。需要说明的是无线信道传输速率低也会导致队列长度增加。所以，控制器估计丢包率和时延时应该综合考虑网络拥塞和无线信道状况。通过动态调节视频编码参数QP和传输参数MCS来分别改变编码块到达速率和队列服务速率，就可以避免网络拥塞而导致的丢包。
为了计算丢包率，应该首先基于排队理论计算出由于编码块时延超过最大允许时延(生命周期)而导致的丢块概率。以下是控制器根据LTE系统参数(如RB，SB，TTI，MCS操作点集合，子载波数，编码块大小等)基于排队理论计算丢包概率和时延的算法(该算法本身是现有技术)：
在LTE系统中，一个调度块(SB)是排队调度器能够分给某个用户的最小无线资源单位，一个SB频域上包括12个子载波，时间域上包括连续的2个RB，即，1ms。假定每个RB包含α个子载波和β个OFDM符号。同时，LTE系统规定，一个传输时间间隔(TTI)与SB具有相同的持续时间1ms。如果系统的可用数据子载波数是Φ，那么一个TTI所包括的SB个数为
Figure BDA0000135624160000111
其中，
Figure BDA0000135624160000112
表示取整数下限(比如说5.2，用这个符号运算后，等于5，当然5.9的话，也是5)。
假定在视频编码器一个视频帧被分成I个视频编码单元(比如，slice)，每个视频单元被压缩为一个数据包。不失一般性，定义Hn，i为第n个视频帧第i个视频单元所对应的数据包πn，i的包长。假定每个编码块占用d个资源块RB，所采用的MCS的频谱效率是θ，那么，一个编码块所携带的信息比特数为δ＝d·α·β·θ，数据包πn，i则被分为
Figure BDA0000135624160000113
个编码块。其中，
Figure BDA0000135624160000114
表示取整数上限(比如5.2，取整数上限后等于6，5.9的话也等于6)。
即，当数据包πn，i到达调度器，相当于Mn，i个长度为δ的编码块在发送端形成队列等候服务。同时，也可以得出，传输一次数据包πn，i所需要的SB个数为 l n , i = d · M n , i 2 .
假定一个视频帧的生命周期(即所允许的最大时延)为Tmax。实时视频通信系统中可近似为
Figure BDA0000135624160000116
其中f为视频帧数率。那么，一个数据包的平均生命周期为
Figure BDA0000135624160000117
一个编码块的平均生命周期为
Figure BDA0000135624160000118
实时视频通信系统中，编码块的生命周期也近似为到达间隔(arrival interval)tb。所以，编码块队列的到达速率可以近似为
Figure BDA0000135624160000119
根据前面的分析，传输一次数据包πn，i需要ln，i个SB，所以，传输一次数据包πn，i需要个TTI。因为一个TTI的持续时间为1ms，所以，传输数据包πn，i时的有效传输速率(goodput)为
Figure BDA0000135624160000122
这里p是由随机无线信道错误导致的丢包概率，ρb是由随机无线信道错误导致的编码块的丢失概率，ρb取决于所采用的MCS方案和信道SNR。
在编码块的生命周期
Figure BDA0000135624160000124
内，编码块的最大重传次数可以计算为
Figure BDA0000135624160000125
为了计算编码块在队列中的等候时间，不失一般性，假设队列对编码块的服务时间Xn，i服从几何分布。那么，服务时间Xn，i的一阶、二阶矩可以计算为
E [ X n , i ] = H n , i · ( 1 - ρ b τ n , i + 1 ) R n , i
E [ X n , i 2 ] = H n , i 2 · ( 1 - ρ b ) R n , i 2 .
假定编码块的到达过程服从泊松过程。不失一般性，可以把编码块组成的队列看作一个到达率为λn，i的M/G/1队列。根据队列分析，编码块在队列中的平均等待时间为
E [ W n , i ] = λ n , i · E [ X n , i 2 ] 2 ( 1 - λ n , i E [ X n , i ] ) .
基于等待时间的尾分布(tail-distribution)，因编码块的时延超过其生命周期而导致的丢失概率为
P b = Prob ( E [ W n , i ] > T b max )
= λ n , i · E [ X n , i ] · exp ( - T b max · λ n , i · E [ X n , i ] E [ W n , i ] )
根据以上编码块的丢失概率，数据包的丢失概率可以计算为
Figure BDA00001356241600001211
考虑到重传，传输数据包πn，i所需要的SB的总个数为Ln，i＝ln，i·τn，i，所需要的TTI的总个数为因为一个TTI的持续时间为1ms，所以传输数据包πn，i的期望时延为0.001·N′T。
(3)编码模块根据丢包概率计算估计视频失真
控制器把计算出的数据包丢失概率Pn，i传递给编码模块。编码模块利用ROPE算法可以估计出用户端的接收视频失真D。编码模块把估计的接收视频失真值D传递给控制器。
(4)控制模块执行优化算法，确定最佳QP和MCS
如图6所示，不失一般性，假设每一帧视频编码图像由多个片(slice)组成。根据不同的编码参数值QP，每一个片可以被压缩成不同大小的数据包。每一个片可以在用户端单独解码。
如图7所示，假设QP共有J个操作点，MCS共有K个操作点。对于给定的一个片i，每一个QP操作点qj和MCS操作点ck的组合(qj，ck)，都对应于该片的一个失真值
Figure BDA0000135624160000132
和占用的SB数
Figure BDA0000135624160000133
如图7所示，对于一个用户的片i，总共J*K个可能的参数组合(qj，ck)对应于J*K个可能的失真和SB数的组合从所有的中搜索出
Figure BDA0000135624160000136
且最少SB数
Figure BDA0000135624160000137
满足时延要求
Figure BDA0000135624160000138
的组合。该组合所对应QP和MCS的值被认为是该片的最佳操作点(q*，c*)。限制条件保证了片失真小于系统设置的最大失真值Dmax，
Figure BDA00001356241600001310
保证了该片占用最少的无线资源，
Figure BDA00001356241600001311
保证了片传输满足时延要求。控制模块把计算出的最佳QPq*传递给编码模块；把计算出的最佳MCSc*传递给排队调度模块。
(5)编码器根据最佳QP值输出相应数据速率；调度器根据相应MCS分配无线资源。
由于片与片之间的独立性，一个用户一帧图像所占的最少SB的个数等于该图像所有的片所占用的最少SB数的总和。调度器向该用户分配相应个数的SB。根据LTE系统参数设置和视频帧的实效性，一幅图像时间内可用的总SB数可以确定，所以一幅图像时间内能够支持的总用户的个数也可以确定。由于每个用户都占用了满足失真条件的最少个数的SB，所以系统能够支持的总用户的个数最大。
由于控制器是在实际数据发送前对照编码器所有可能的输出速率估计出了其可能导致的网络拥塞状况，且编码器的实际输出速率是基于控制器的估计结果，从而避免了网络拥塞情况的发生。控制器优化调整编码器输出速率的过程不需要终端反馈额外信息。
应用本发明实施例所提供的方案，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自于视频数据的发送端，不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例中通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
本发明实施例还提供了一种基站，参见图8，所述基站80包括：
编码模块801，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；
控制模块802，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；
排队调度模块803，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
在图8所示实施例中，所述基站80包括编码模块、控制模块和排队调度模块。当然，此时的基站需要具备对接收到的来自服务器的视频编码数据先解码再编码的功能。
上述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。
上述系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和MCS。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合：TTI，RB，SB。
上述传输参数可以仅包括MCS，还可以包括除MCS之外的以下其中之一或任意组合：TTI，RB，SB等。
上述控制模块估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和随机无线信道错误，基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延。
上述优化算法根据优化目标确定。
应用本发明实施例提供的基站，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自与视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例中通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
本发明实施例还提供了一种基站，参见图9，所述基站90包括：
控制模块901，用于根据信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器侧；根据估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器侧，将所述传输参数传递给排队调度模块；其中，所述信息比特数是服务器采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩，获得的应用每种编码参数压缩后的信息比特数；所述估计视频失真值是服务器侧根据接收到的估计的丢包率计算后获得的；
排队调度模块902，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
在图9所示实施例中，所述基站90仅包括控制模块和排队调度模块，编码模块位于服务器侧。
上述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。
上述系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和MCS。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合：TTI，RB，SB。
上述传输参数可以仅包括MCS，还可以包括除MCS之外的以下其中之一或任意组合：TTI，RB，SB等。
上述控制模块估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和随机无线信道错误，基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延。
上述优化算法根据优化目标确定。
应用本发明实施例提供的基站，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自于视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例中通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
对于基站和方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

Claims (13)

1.一种控制视频速率的系统，其特征在于，所述系统包括：
服务器，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给基站；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给基站；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给基站；
基站，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统状态参数还包括以下其中之一或任意组合：时间传输间隔TTI，资源块RB，调度块SB。
5.一种基站，其特征在于，所述基站包括：
编码模块，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给控制模块；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；
控制模块，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；
排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。
8.一种基站，其特征在于，所述基站包括：
控制模块，用于根据信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器侧；根据估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器侧，将所述传输参数传递给排队调度模块；其中，所述信息比特数是服务器采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩，获得的应用每种编码参数压缩后的信息比特数；所述估计视频失真值是服务器侧根据接收到的估计的丢包率计算后获得的；
排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
9.一种控制视频速率的方法，其特征在于，包括：
接收对应每种编码参数压缩后的信息比特数；其中，所述对应每种编码参数压缩后的信息比特数是依次采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩后获得的；
接收系统状态参数；
根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延；
根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数；
按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩；
按照所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述系统状态参数还包括以下其中之一或任意组合：时间传输间隔TTI，资源块RB，调度块SB。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和随机无线信道错误，基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延。
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