CN105791905A - 一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统及方法 - Google Patents

一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及网络码流动态调整技术领域，具体涉及一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统及方法。请求端发送请求音视频数据的信息到网络控制中心，构建码流输出端与视频请求端之间的点对点数据连接通道；具体地，码流输出端与码流统计服务器构建第一数据通道I；请求端与码流统计服务器构建第二数据通道P；码流统计服务器与码流控制服务器连接，码流统计服务器将统计结果发送至码流控制服务器，码流控制服务器根据该统计结果与码流输出端构建命令通道，并将命令信息发送至码流服务器，码流服务器接收命令后，上传音视频数据至相应的请求端。本发明解决多个视频请求点同时接入导致的网络拥塞问题，提高视频监控网络的应用服务质量。

Description

一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统及方法
技术领域
本发明涉及网络码流动态调整技术领域，具体涉及一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统及方法。
背景技术
互联网经常被用来传输多媒体数据流。传统的家用网络摄像头通常通过互联网的TCP/IP网络来传输视频数据流，同时由于基于网络视频监控的网络采用了P2P技术，由于家用网络上传带宽的限制，当多个接入点同时请求视监控时，则由于上传的数据量较大，导致网络堵塞，从而造成网络服务质量不稳定(丢包、延迟、抖动)等问题导致传送速率很慢，甚至会出现传送失败的问题，而使得监控侧的视频画面卡顿甚至画面停滞，影响用户体验效果。
发明内容
解决上述技术问题，本发明提供了一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统及方法，解决多个视频请求点同时接入导致的网络拥塞问题，实现视频数据流带宽自适应，提高视频监控网络的应用服务质量。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案之一是，一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统，该系统包括：码流输出端、网络控制中心、请求端、码流统计服务器和码流控制服务器，其中码流输出端包括网络摄像机，请求端包括移动终端设备；请求端发送请求音视频数据的信息到网络控制中心，构建码流输出端与请求端之间的点对点数据连接通道；具体地，码流输出端与码流统计服务器构建第一数据通道I；请求端与码流统计服务器构建第二数据通道P；码流统计服务器与码流控制服务器连接，码流统计服务器将统计结果发送至码流控制服务器，码流控制服务器根据该统计结果与码流输出端构建命令通道，并将命令信息发送至码流服务器，码流服务器接收命令后，上传音视频数据至相应的请求端。
进一步的，若码流输出端包含多台网络摄像机设备时，或者同一台网络摄像机设备在同一段时间内存在多台移动终端设备进行连接时，则在同一个局域网络当中将存在多条数据连接的通道。
本发明所采用的另一技术方案是，一种提高实时观看流畅度的码流自适应方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：请求端发送请求信息至网络控制中心，构建码流输出端与请求端之间的连接数据通道，网络码流输出端将视频数据以设定码流发送至请求端；
步骤2：码流输出端以及请求端均与码流统计服务器以及码流控制服务器建立TCP连接；
步骤3：在每一个Ts周期内，码流统计服务器同时向码流输出端以及请求端发送读取流量信息的请求；
步奏4：码流输出端获得码流统计服务器发送过来的读取流量信息的请求时，码流输出端将其所有数据通道在Ts周期之内所上传的音视频数据的流量上报给码流统计服务器；
步骤5：请求端当收到码流控制服务器下发的读取本周期流量信息的请求时，将其所有数据通道在Ts周期内一共接收到来自码流输出端音视频数据的流量值上报给码流统计服务器；
步骤6：码流统计服务器比对所有数据通道在本周期内码流输出端上传的音视频数据的流量以及请求端接收到的音视频数据的流量值，若在本周期内所有数据通道当中请求端接收到的流量值等于码流输出端发送的流量值，则表明该通道在当前状态下网络通信状况良好，则可以适当的调高当前码流值最低的通道的码流值，跳转到步骤7，否则表明该通道已经出现了一定程度的丢包现象，跳转到步骤8；
步骤7：对当前码流值最低的通道的码流进行增加码流的调整；
步骤8：对出现丢包现象的所有通道进行调低码流的调整；
步骤9：等到下一个Ts的周期，码流统计服务器再次发送查询码流输出端以及请求端本周期的流量信息，进入下一个Ts周期；
步骤10：如此循环反复，循环上述步骤3-9，直到各个码流输出端的网络摄像机的设备将各数据通道的码流值调整到与目前网络环境下比较合适的码流配置上。
进一步的，所述步骤7具体包括以下步骤：
71：码流统计服务器获取到每一个数据通道当前的码流值，并取得当前码流值最低的那个通道，并计算出将要调整的目标码流值；
72：码流统计服务将数据通道的通道编号以及需要调整的目标码流发送给码流控制服务器；
73：码流控制服务器找到需要调整码流值的那个通道所对应的网络摄像头设备的TCP链路，通过该TCP链路将每个网络摄像头设备上对应的传输通道所需要调整的目标码流的值发送给各个网络摄像头设备；
74：对应的网络摄像头设备接收到其对应的数据通道以及需要调整的目标码流值时，调整其所包含的各个数据通道的码流值到指定的目标码流值。
进一步的，步骤8的具体算法如下：
81：计算出每一个音视频传输通道的丢包率，丢包率的计算公式为：
Lr＝(S-R)/S*100％,其中，Lr为每一个通道上的丢包率，S表示在10秒的统计周期内每一个通道上码流输出端所发送的流量值，R表示的是在10秒的统计周期内该通道上请求端所接收到的流量值，所以S大于等于R。
82：根据每一个通道的丢包率，计算出各个数据通道需要调整的目标码流，调整的公式如下：
Rt＝Rs*(1-Lr)，其中Rt为需要调整的目标码流，Rs为当前码流，Lr为当前的丢包率，在81步骤中计算得到；其中Rs的计算公式为：Rs＝T/10,其中T为网络摄像机设备在10秒内发送的流量值，已经在步骤4当中上报给码流统计服务器。
83：将每个传输通道的通道编号以及需要调整的目标码流发送给码流控制服务器；
84：码流控制服务器找到各个通道所对应的网络摄像头设备的TCP链路，通过该链路将每个网络摄像头设备上对应的传输通道所需要调整的目标码流的值发送给各个网络摄像头设备；
85：各个网络摄像头设备，接收到其对应的传输通道以及需要调整的目标码流值时，调整其所包含的各个数据通道的码流值到指定的目标码流值。
本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：
1.该产品在系统流程上采用了反馈闭环的方法，无需用户的人为参与，而通过云端服务器的统计分析，能够实现码流的自动调整，极大的降低了人为操作的复杂性以及专业性的要求；
2.通过自适应调节的流程和算法，能够自动依据当前的网络情况，将同处于一个网络环境下的多台摄像机设备的码流自适应调整到一个最为合适的情况下面，从而解决了行业上当多台P2P的网络摄像机需要同时在一个网络上传输画面时，由于相互抢带宽而出现网络堵死，画面卡顿或者出不来的不好的用户体验；
3.由于采用了闭环控制的方式，调整好的配置结果如果在网络环境发生变化时，能够自动对变化的网络环境进行适应，而无需用户做任何的配置操作，极大提升了用户的使用便利性。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图。
图2是本发明的实施例的流程图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
作为一个具体的实施例，如图1和图2所示，
一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统，该方法运用于网络视频监控系统，该系统包括：码流输出端，网络控制中心，请求端，码流统计服务器和码流控制服务器，其中码流输出端包括网络摄像机，请求端包括移动终端设备；请求端发送请求音视频数据的信息到网络控制中心，构建码流输出端与请求端之间的点对点数据连接通道；具体地，码流输出端与码流统计服务器构建第一数据通道I；请求端与码流统计服务器构建第二数据通道P；码流统计服务器与码流控制服务器连接，码流统计服务器将统计结果发送至码流控制服务器，码流控制服务器根据该统计结果与码流输出端构建命令通道，并将命令信息发送至码流服务器，码流服务器接收命令后，上传音视频数据至相应的请求端。
进一步的，若码流输出端包含多台网络摄像机设备，或者同一台网络摄像机设备在同一段时间内存在多台智能手机进行连接时，则在同一个局域网络当中将存在多条数据连接的通道。现在假设码流输出端包含m台网络摄像机设备，一次编号为：I1，I2…Im，假设同一台网络摄像机设备在同一段时间内有n台智能手机进行连线，一次编号为P1，P2…Pn，则在这个时间段内存在着m*n(m乘以n)条数据连接的通道，编号为：I1P1,I1P2…I1Pn….ImPn。
本发明所采用的另一技术方案是，一种提高实时观看流畅度的码流自适应方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：请求端发送请求信息至网络控制中心，构建网络码流输出端与请求端之间的连接，网络码流输出端将视频数据以设定码流发送至请求端，
每一个新的连接建立时，码流输出端将视频数据以默认的128kbps码流发送至请求端。
步骤2：每一个视频数据通道连接的建立时，码流输出端以及请求端的设备，均与码流统计服务器以及码流控制服务器建立起TCP连接，以便后续的流程中，码流统计服务器以及码流控制服务器可以继续和智能手机以及网络摄像机两端的终端设备保持数据的通信。
步骤3：在每一个特定的周期内，以每10秒为一个周期，码流统计服务器同时向码流输出端的网络摄像机设备以及请求端的智能手机设备发送读取流量信息的请求。
步奏4：码流输出端当中所包含的每一台网络摄像机设备，收到码流统计服务器发送过来的读取流量的命令时，将其目前所开启的视频输出的所有通道在该10秒之内所上传的数据流上报给码流统计服务器；
步骤5：请求端当中的所有智能手机设备，当收到码流服务器下发的读取本周期流量信息的命令时，将其所持的数据通道，例如为I1P2，也即该智能手机的编号为2，连接编号为1的网络摄像机进行音视频数据通信，将I1P2通道在本10秒的周期内一共接收到来自码流输出端的该网络摄像机设备传输的音视频流量的总数值。
步骤6：码流统计服务器比对所有通道在本周期内码流输出端上传的音视频数据的流量以及请求端接收到的音视频数据的流量值，若在本统计周期内所有数据传输通道当中请求端接收到的流量值等于码流输出端发送的流量值，则表明该通道在当前状态下网络通信状况良好，则可以适当的调高当前码流值最低的通道的码流值，跳转到步骤7，否则表明该通道已经出现了一定程度的丢包现象，跳转到步骤8。
步骤7：对当前码流值最低的通道的码流进行增加码流的调整：
71：码流统计服务器获取到每一个音视频数据传输通道当前的码流值，并取得当前码流值最低的那个通道，并计算出将要调整的目标码流值；计算的方式为：Rt＝Rs*1.05，其中Rt为要调整的目标码流，Rs为当前的码流。Rs的计算公式为：Rs＝T/10,其中T为网络摄像机设备在10秒内发送的流量值，已经在步骤4当中上报给码流统计服务器。
72：将传输通道的通道编号以及需要调整的目标码流发送给码流控制服务器；
73：码流控制服务器找到需要调整码流值的那个通道所对应的网络摄像头设备的TCP链路，通过该链路将每个网络摄像头设备上对应的传输通道所需要调整的目标码流的值发送给各个网络摄像头设备；
74：对应的网络摄像头设备，接收到其对应的传输通道以及需要调整的目标码流值时，调整其所包含的各个数据通道的码流值到指定的目标码流值。
步骤8：对出现丢包现象的所有通道进行调低码流的调整，步骤8的具体算法如下：
81：计算出每一个音视频传输通道的丢包率，丢包率的计算公式为：
Lr＝(S-R)/S*100％,其中，Lr为每一个通道上的丢包率，S表示在10秒的统计周期内每一个通道上码流输出端所发送的流量值，R表示的是在10秒的统计周期内该通道上请求端所接收到的流量值，所以S大于等于R。
82：根据每一个通道的丢包率，计算出各个通道需要调整的目标码流，调整的公式如下：
Rt＝Rs*(1-Lr)，其中Rt为需要调整的目标码流，Rs为当前码流，Lr为当前的丢包率，在81步骤中计算得到；其中Rs的计算公式为：Rs＝T/10,其中T为网络摄像机设备在10秒内发送的流量值，已经在步骤4当中上报给码流统计服务器。
83：将每个传输通道的通道编号以及需要调整的目标码流发送给码流控制服务器；
84：码流控制服务器找到各个通道所对应的网络摄像头设备的TCP链路，通过该链路将每个网络摄像头设备上对应的传输通道所需要调整的目标码流的值发送给各个网络摄像头设备；
85：各个网络摄像头设备，接收到其对应的传输通道以及需要调整的目标码流值时，调整其所包含的各个数据通道的码流值到指定的目标码流值。
步骤9：等到下一个10秒的周期，码流统计服务器再次发送查询码流输出端以及请求端本周起的流量信息，进入下一个统计分析的周期；
步骤10：如此循环反复，循环上述步骤3-9，直到各个码流输出端的网络摄像机的设备将各个通道的码流值调整到与目前网络环境下比较合适的码流配置上。这里的合适的码流配置是指，码流输出端的各个网络摄像机设备上面所进行的所有视频传输通道都可以实现丢包率小于5％。
为了更加详细的描述本实施例的有益效果，以下描述了一个完整的运用场景情况下，利用本实施例的系统和方法来实现。假设在一个带宽为4Mbps的普通宽带网络环境下面，该网络带宽的上行带宽为：512kbps，在该网络当中部署了2台网络摄像机设备，编号分别为I1，I2；假设在同一个时间内I1设备上有两台智能手机设备连入请求音视频数据，则在I1这台设备上将产生两个数据传输的通道，编号为I1P1，I2P2；假设在同一个时间内I2设备上有3台智能手机设备连入请求音视频数据，则在I2这台设备上将产生3个数据传输的通道，编号为I2P1，I2P2，I3P3；
本发明的执行步骤如下：
步骤1:5台智能手机通过网络控制中心与两台网络摄像机设备建立点对点的连接通道，设备I1与两台智能手机建立I1P1以及I1P2两个数据传输的通道；设备I2与3台智能手机建立起I2P1，I2P2，I2P3这三个数据传输的通道；
步骤2：5台智能手机与码流统计服务器建立起5个TCP连接，编号分别为TCP_P1,TCP_P2，TCP_P3，TCP_P4，TCP_P5；2台网络摄像机设备与码流统计服务器建立起2个TCP连接，编号分别为：TCP_I1,TCP_I2；
步骤3：码流控制服务器开始以10秒为一个周期进行定时，10秒定时周期到达时，通过TCP_P1～TCP_P5这5个TCP链路向5个智能手机设备发送读取本周期接收流量数值的命令；通过TCP_I1～TCP_I2这两个TCP的链路向2个网络摄像机设备发送读取本周期发送流量数值的命令；
步奏4：码流输出端当中所包含的每一台网络摄像机设备，收到码流统计服务器发送过来的读取流量的命令时，将其目前所开启的视频输出的所有通道在该10秒之内所上传的数据流上报给码流统计服务器。例如各个网络摄像机，所开启的各个传输通道在该10秒的周期内所发送的数据流量I1P1＝128KB,I1P2＝128KB；I2P1＝128KB,I2P2＝128KB,I2P3＝128KB。
步骤5：请求端所对应的5台智能摄像机设备将其在本周期内所接收到的流量发送到码流统计服务器，假设所对应的5台智能摄像机所接收到的数据流量分别为：I1P1＝128KB,I1P2＝128KB；I2P1＝100KB,I2P2＝90KB,I2P3＝110KB；
步骤6：码流统计服务器比较码流输出端所发送的流量以及请求端所接收到的流量是否一致；由于T(I1P1)＝R(I1P1)；T(I1P2)＝R(I1P2)；T(I2P1)>R(I1P2)；T(I2P2)>R(I2P2)；T(I2P3)＝R(I2P3)；跳转到步骤8；
其中T(I1P1)是指I1P1通道在本周期内所发送的流量值；R(I1P1)是指I1P1通道在本周期内所接收到的流量值
步骤8：
81：计算I2P1的丢包率：Lr(I2P1)＝(128-100)/128＝21.9％；
计算I2P2的丢包率：Lr(I2P2)＝(128-90)/128＝29.7％；
计算I2P3的丢包率：Lr(I2P3)＝(128-110)/128＝14.1％；
82：从而计算出次三个通道需要调整的目标码流分别为：
Rt(I2P1)＝12.8*(1-21.9％)＝10kbps；
Rt(I2P2)＝12.8*(1-29.7％)＝9kbps；
Rt(I2P3)＝12.8*(1-14.1％)＝11kbps；
83：将这三个通道的编号以及调整的目标码流发送到码流控制服务器；
84：码流控制服务器将需要调整的目标码流值发送给对应的网络摄像机设备I2；
85：网络摄像头设备I2接收到调整码流的命令后，依据目标码流将三个通道的码流I2P1，I2P2,I2P3分别调整为10kbps，9kbps以及11kbps，并以新的码流传输音视频数据；
步骤9：等到下一个10秒的周期到达时，重复3～6的步骤，如果在第6步骤上，5个传输通道的发送以及接收的码流均一致，则调整到步骤7；
步骤7：如果当前码流最低的通道为I2P2＝9kbps，则调整其到新的码流为：Rt(I2P2)＝9*1.05＝9.45kbps；
进一步的，跳转到步骤3，如此循环反复，从而达到各个数据通道自适应调整到可以让和个通道都不丢包的合适的码流上面来，从而能够动态自适应各种不同的网络带宽环境，使得5个数据传输的通道都能够找到合适的码流实现不丢包的传输数据，从而实现比较流畅的观看音视频的体验。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高实时观看流畅度的码流自适应系统，其特征在于：该系统包括：码流输出端，网络控制中心，请求端，码流统计服务器和码流控制服务器，其中码流输出端包括网络摄像机，请求端包括移动终端设备；请求端发送请求音视频数据的信息到网络控制中心，构建码流输出端与视频请求端之间的点对点数据连接通道；具体地，码流输出端与码流统计服务器构建第一数据通道I；请求端与码流统计服务器构建第二数据通道P；码流统计服务器与码流控制服务器连接，码流统计服务器将统计结果发送至码流控制服务器，码流控制服务器根据该统计结果与码流输出端构建命令通道，并将命令信息发送至码流服务器，码流服务器接收命令后，上传音视频数据至相应的请求端。
2.根据权利要求1所述的提高实时观看流畅度的码流自适应系统，其特征在于：若码流输出端包含多台网络摄像机设备时，或者同一台网络摄像机设备在同一段时间内存在多台智能手机进行连接时，则在同一个局域网络当中将存在多条数据连接的通道。
3.一种提高实时观看流畅度的码流自适应方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：请求端发送请求信息至网络控制中心，构建码流输出端与请求端之间的连接数据通道，网络码流输出端将视频数据以设定码流发送至请求端；
步骤2：码流输出端以及请求端均与码流统计服务器以及码流控制服务器建立TCP连接；
步骤3：在每一个Ts周期内，码流统计服务器同时向码流输出端以及请求端发送读取流量信息的请求；
步奏4：码流输出端获得码流统计服务器发送过来的读取流量信息的请求时，码流输出端将其所有数据通道在Ts周期之内所上传的音视频数据的流量上报给码流统计服务器；
步骤5：请求端当收到码流控制服务器下发的读取本周期流量信息的请求时，将其所有数据通道在Ts周期内一共接收到来自码流输出端音视频数据的流量值上报给码流统计服务器；
步骤6：码流统计服务器比对所有数据通道在本周期内码流输出端上传的音视频数据的流量以及请求端接收到的音视频数据的流量值，若在本周期内所有数据通道当中请求端接收到的流量值等于码流输出端发送的流量值，则表明该通道在当前状态下网络通信状况良好，则可以适当的调高当前码流值最低的通道的码流值，跳转到步骤7，否则表明该通道已经出现了一定程度的丢包现象，跳转到步骤8；
步骤7：对当前码流值最低的通道的码流进行增加码流的调整；
步骤8：对出现丢包现象的所有通道进行调低码流的调整；
步骤9：等到下一个Ts的周期，码流统计服务器再次发送查询码流输出端以及请求端本周期的流量信息，进入下一个Ts周期；
步骤10：如此循环反复，循环上述步骤3-9，直到各个码流输出端的网络摄像机的设备将各数据通道的码流值调整到与目前网络环境下比较合适的码流配置上。
4.根据权利要求3所述的提高实时观看流畅度的码流自适应方法，其特征在于：所述步骤7具体包括以下步骤：
71：码流统计服务器获取到每一个数据通道当前的码流值，并取得当前码流值最低的那个通道，并计算出将要调整的目标码流值；
72：码流统计服务将数据通道的通道编号以及需要调整的目标码流发送给码流控制服务器；
73：码流控制服务器找到需要调整码流值的那个通道所对应的网络摄像头设备的TCP链路，通过该TCP链路将每个网络摄像头设备上对应的传输通道所需要调整的目标码流的值发送给各个网络摄像头设备；
74：对应的网络摄像头设备接收到其对应的数据通道以及需要调整的目标码流值时，调整其所包含的各个数据通道的码流值到指定的目标码流值。
5.根据权利要求3所述的提高实时观看流畅度的码流自适应方法，其特征在于：步骤8的具体算法如下：
81：计算出每一个音视频传输通道的丢包率，丢包率的计算公式为：
Lr＝(S-R)/S*100％,其中，Lr为每一个通道上的丢包率，S表示在10秒的统计周期内每一个通道上码流输出端所发送的流量值，R表示的是在Ts周期内该通道上请求端所接收到的流量值，所以S大于等于R；
82：根据每一个通道的丢包率，计算出各个数据通道需要调整的目标码流，调整的公式如下：Rt＝Rs*(1-Lr)，其中Rt为需要调整的目标码流，Rs为当前码流，Lr为当前的丢包率；
83：将每个传输通道的通道编号以及需要调整的目标码流发送给码流控制服务器；
84：码流控制服务器找到各个通道所对应的网络摄像头设备的TCP链路，通过该链路将每个网络摄像头设备上对应的传输通道所需要调整的目标码流的值发送给各个网络摄像头设备；
85：各个网络摄像头设备，接收到其对应的传输通道以及需要调整的目标码流值时，调整其所包含的各个数据通道的码流值到指定的目标码流值。
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