CN106357453A - 一种带宽自适应控制系统及方法 - Google Patents

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CN106357453A CN201610873943.4A CN201610873943A CN106357453A CN 106357453 A CN106357453 A CN 106357453A CN 201610873943 A CN201610873943 A CN 201610873943A CN 106357453 A CN106357453 A CN 106357453A
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Abstract

本发明提供一种带宽自适应控制系统，该系统中的控制设备包括发送端，发送端包括：判断模块，用于判断丢包率、时延是否满足预设条件；调整模块，用于当判断模块判断出丢包率满足预设条件时，根据第一带宽公式预估当前时刻的带宽Ap，根据第二带宽公式预估当前时刻的带宽X，判断当前时刻的预估带宽Ap、X之间差值的大小，当当前时刻的预估带宽Ap、X之间差值小于第一预设阈值时，取当前时刻的预估带宽Ap、X的平均值设置为当前时刻的带宽At。本发明还提供一种宽带自适应控制方法。本发明提供的宽带自适应的控制系统及方法能在复杂网络情况下提供高准度的带宽预估值，有效地进行带宽自动调整。

Description

一种带宽自适应控制系统及方法
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种带宽自适应控制系统及方法。
背景技术
近些年，由于通信技术、网络技术和视频压缩技术的发展，基IP网络的音视频通信越来越受到广泛的应用，特别是在视频会议、视频监控、视频指挥调度、远程教育、远程医疗会诊等领域都广泛实用。其中音视频传输是其广泛应用的关键技术，而在一些特殊通信信道(比如无线网络)，带宽有限并且带宽波动较大，网络抖动、延迟、丢包等使得很难为这些地方提供可靠的音视频业务。
现有的带宽自适应算法主要根据RTCP反馈的丢包率、时延、抖动等参数对带宽进行自动调整，但是这些算法简单且利用的信息单一，在实际的复杂网络环境下，带宽自动调整的效果并不理想，会出现卡顿，画面花屏，声音断续等问题，这严重影响了音视频业务的广泛应用。
发明内容
本发明提供了一种带宽自适应控制系统，能在复杂网络情况下提供高准度的带宽预估值，有效地进行带宽自动调整，确保网络信号的传输。
本发明提供的带宽自适应控制系统包括控制设备，所述带宽自适应控制系统包括控制设备，所述控制设备包括发送端，所述发送端包括：
判断模块，用于判断丢包率、时延是否满足预设条件，其中所述预设条件包括所述丢包率>第一预设值且所述时延>第二预设值；
调整模块，用于当所述判断模块判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值时，根据第一带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1-(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预测带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1，根据第二带宽公式预估当前时刻的带宽，所述第二带宽公式为：其中，X表示当前时刻的预估带宽，s表示多个rtp包的平均大小、R表示时延、p表示丢包率、b表示每隔b个rtp包发送一个TCP确认、RT0表示TCP超时重传的时间，判断所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值的大小，当所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值小于第一预设阈值时，取所述当前时刻的预估带宽Ap、X的平均值设置为当前时刻的带宽At。
进一步地，所述调整模块，还用于在当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值大于第一预设阈值时，取所述当前时刻的带宽Ap、X中的较小值设置为当前时刻的带宽At。
进一步地，所带宽自适应控制系统还包括编码器，所述编码器包括：
控制模块，用于判断所述当前时刻的带宽At与上一时刻的带宽At-1之间的差异是否大于第二预设阈值，当大于所述第二预设阈值时，根据当前时刻的带宽更新所述编码器的目标码率。
进一步地，所述预设条件还包括第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、所述丢包率>所述第一预设值且第四预设值<所述时延<所述第二预设值，当所述判断模块判断出所述第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、或者判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述第四预设值<所述时延<所述第二预设值时，所述调整模块，还用于根据第三带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1+(rtt*b)计算当前时刻的预估带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1。
进一步地，所述预设条件还包括所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值，当所述判断模块判断出所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值时，所述调整模块，还用于根据第四带宽公式Ap＝k*Ap-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、满足k>1，b>1，Ap>Ap-1。
进一步地，所述控制设备还包括：
接收端，用于向所述发送端反馈RTCP报文，所述RTCP报文包括所述丢包率、所述时延；
所述发送端还包括获取模块，所述获取模块，用于接收所述RTCP报文，并从所述RTCP报文获取所述丢包率、所述时延。
进一步地，所述编码器的所述控制模块，还用于计算当前目标码率与当前时刻的带宽的比值γ，判断所述比值γ所处数值范围，查询所述比值γ所处数值范围对应的目标码率调节公式，根据所述目标码率调节公式计算目标码率，根据所述计算出的目标码率对当前目标码率进行调节，其中，所述目标码率调节公式为：目标码率＝a*当前预估带宽，0<a<1。
进一步地，所述编码器还包括参数调节模块，用于判断所述调节后的目标码率所处的目标码率范围，根据所述调节后的目标码率所处的目标码率范围调整分辨率参数、帧率参数。
本发明还提供一种带宽自适应的控制方法，能在复杂网络情况下提供高准度的带宽预估值，有效地进行带宽自动调整，确保网络信号的传输。
本发明提供的带宽自适应控制方法包括：
判断丢包率、时延是否满足预设条件，其中所述预设条件包括所述丢包率>第一预设值且所述时延>第二预设值；
当判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值时，根据第一带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1-(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1，并根据第二带宽公式预估当前时刻的带宽，所述第二带宽公式为：
其中，X表示当前时刻的预估带宽，s表示多个rtp包的平均大小、R表示时延、p表示丢包率、b表示每隔b个rtp包发送一个TCP确认、RT0表示TCP超时重传的时间；
判断所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值的大小，当所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值小于第一预设阈值时，取所述当前时刻的预估带宽Ap、X的平均值设置为当前时刻的带宽At。
进一步地，所述带宽自适应方法还包括：
在当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值大于第一预设阈值时，取所述当前时刻的带宽Ap、X中的较小值设置为当前时刻的带宽At。
进一步地，所述带宽自适应方法还包括：
判断所述当前时刻的带宽At与上一时刻的带宽At-1之间的差异是否大于第二预设阈值，当大于所述第二预设阈值时，根据当前时刻的带宽更新编码器的目标码率。
进一步地，所述带宽自适应方法还包括：
所述预设条件还包括第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、所述丢包率>所述第一预设值且第四预设值<所述时延<所述第二预设值，当判断出所述第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、或者判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述第四预设值<所述时延<所述第二预设值时，根据第三带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1+(rtt*b)计算当前时刻的预估带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1。
进一步地，所述带宽自适应方法还包括：
所述预设条件还包括所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值，当判断出所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值时，根据第四带宽公式Ap＝k*Ap-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、满足k>1，b>1，At>At-1。
进一步地，所述带宽自适应方法还包括：
接收RTCP报文，所述RTCP报文包括所述丢包率、所述时延；
从所述RTCP报文获取所述丢包率、所述时延。
进一步地，所述带宽自适应方法还包括：
计算所述编码器的当前目标码率与当前时刻的带宽的比值γ；
判断所述比值γ所处数值范围，查询所述比值γ所处数值范围对应的目标码率调节公式；
根据所述目标码率调节公式计算目标码率，根据所述计算出的目标码率对当前目标码率进行调节，其中，所述目标码率调节公式为：目标码率＝a*当前预估带宽，0<a<1。
进一步地，所述带宽自适应方法还包括：
判断所述调节后的目标码率所处的目标码率范围，根据所述调节后的目标码率所处的目标码率范围调整分辨率参数、帧率参数。
本发明提供的宽带自适应的控制系统及方法利用丢包率信息和时延信息进行带宽估算，能够得到更为准确的带宽预算，即使在复杂网络情况下也能提供高准度的带宽预估值，有效地进行带宽自动调整，确保网络信号的传输。本发明提供的宽带自适应的控制系统及方法还能计算编码器当前目标码率与当前预估带宽的比值，并根据比值所在的数值范围对目标码率进行调节，根据调节后的目标码率对分辨率参数、帧率参数进行调节，确保在一定带宽下，能够传输音视频的编码数据，提高编码数据传输的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一带宽自适应控制系统的应用环境图；
图2是本发明实施例二控制设备的发送端的功能模块图；
图3是本发明实施例三控制设备的发送端的功能模块图；
图4是本发明实施例四编码器的功能模块图；
图5是本发明实施例五编码器的功能模块图；
图6是本发明实施例六宽带自适应控制方法的流程图；
图7是本发明实施例七宽带自适应控制方法的流程图；
图8是本发明实施例八宽带自适应控制方法的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1是本发明实施例一带宽自适应控制系统的应用环境图。图1所示的带宽自适应控制系统：控制设备的发送端10、控制设备的接收端20、以及编码器1，发送端10与接收端20之间进行数据通信，编码器1与发送端之间进行数据通信。
参阅图2，图2是本发明实施例二控制设备的发送端的功能模块图。图2所示的控制设备的发送端10包括判断模块103、调整模块105。下面对本实施例的控制设备的各功能模块进行详细介绍。
判断模块103判断丢包率、时延是否满足预设条件，其中预设条件包括丢包率>第一预设值且时延>第二预设值。调整模块105在判断模块103判断出丢包率>第一预设值且时延>第二预设值时，根据第一带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1-(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预测带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1，并根据第二带宽公式预估当前时刻的带宽，第二带宽公式为：其中，X表示当前时刻的预估带宽，s表示多个rtp包的平均大小、R表示时延、p表示丢包率、b表示每隔b个rtp包发送一个TCP确认、RT0表示TCP超时重传的时间，并判断当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值的大小，当当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值小于第一预设阈值时，取当前时刻的预估带宽Ap、X的平均值设置为当前时刻的带宽At。需要补充说明的是，调整模块105在当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值大于第一预设阈值时，取当前时刻的带宽Ap、X中的较小值设置为当前时刻的带宽At。
需要补充说明的是，需要补充说明的是，当丢包率p不为零时，调整模块105还基于第三带宽公式计算预估带宽Ap，具体过程如下：当判断模块判断出第三预设值<丢包率<第一预设值且时延>第二预设值、或者判断出丢包率>第一预设值且第四预设值<时延<第二预设值时，调整模块，还用于根据第三带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1+(rtt*b)计算当前时刻的预估带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1。
进一步补充说明的是，当丢包率p不为零时，调整模块105还基于第四带宽公式计算预估带宽Ap，具体过程如下：判断模块103判断丢包率、时延是否满足预设条件，预设条件还包括丢包率<第三预设值且时延<第四预设值，当判断模块判断出丢包率<第三预设值且时延<第四预设值时，调整模块，还用于根据第四带宽公式Ap＝k*Ap-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、满足k>1，b>1，Ap>Ap-1。
当判断模块103判断出丢包率、时延不满足预设条件，调整模块105将前一时刻的带宽预估为当前时刻的带宽，即Ap＝Ap-1，其中，预设条件包括：丢包率>第一预设值且时延>第二预设值、第三预设值<丢包率<第一预设值且时延>第二预设值、丢包率>第一预设值且第四预设值<时延<第二预设值、丢包率<第三预设值且时延<第四预设值。
参阅图3，图3是本发明实施例三控制设备的发送端的功能模块图。
控制设备的发送端10包括获取模块101、判断模块103、调整模块105。下面对个功能模块进行说明。获取模块101接收从接收端20发送的RTCP报文，并从RTCP报文获取丢包率、时延，其中，RTCP报文包括当前的丢包率信息、时延信息。判断模块103、调整模块105的功能与图2所示的判断模块103、调整模块105的功能相同，在此不再赘述。
参阅图4，图4是本发明实施例四编码器的功能模块图。图4所示的编码器1包括控制模块2。控制模块2判断当前时刻的带宽At与上一时刻的带宽At-1之间的差异是否大于第二预设阈值，当大于第二预设阈值时，根据当前时刻的带宽更新编码器的目标码率。
参阅图5，图5是本发明实施例五编码器的功能模块图。5所示的编码器包括控制模块2、参数调节模块3。编码器1的控制模块2计算当前目标码率与当前时刻的带宽的比值γ，判断比值γ所处数值范围，查询比值γ所处数值范围对应的目标码率调节公式，根据目标码率调节公式计算目标码率，根据计算出的目标码率对当前目标码率进行调节，其中，目标码率调节公式为：目标码率＝a*当前预估带宽，0<a<1。举例来说，在一般情况下，可以将γ的取值范围划分为多个数值范围，例如，将数值划分为γ<0.5、0.5<＝γ<0.6、0.6<＝γ<0.7、0.7<＝γ<0.8、0.8<＝γ<0.9、0.9<＝γ。在划分数值范围的同时，设置每个数值范围对应的目标码率计算公式，设置公式如下：
为γ<0.5区间设置的公式为：目标码率等于0.5乘以所述当前预估带宽所得的值；
为0.5<＝γ<0.6区间设置的公式为：目标码率等于0.55乘以所述当前预估带宽所得的值；
为0.6<＝γ<0.7区间设置的公式为：目标码率等于0.65乘以所述当前预估带宽所得的值；
为0.7<＝γ<0.8区间设置的公式为：目标码率等于0.75乘以当前预估带宽所得的值；
为0.8<＝γ<0.9区间设置的公式为：前目标码率调整为0.85乘以当前时刻的预估带宽所得的值；
为0.9<＝γ<1区间设置的公式为：目标码率调整为0.9乘以当前时刻的预估带宽所得的值。
当γ<0.5时，控制模块2将所述当前目标码率调整为0.5乘以所述当前预估带宽所得的值；
当0.5<＝γ<0.6时，控制模块2将所述当前目标码率调整为0.55乘以所述当前预估带宽所得的值；
当0.6<＝γ<0.7时，控制模块2将所述当前目标码率调整为0.65乘以所述当前预估带宽所得的值；
当0.7<＝γ<0.8时，控制模块2将所述当前目标码率调整为0.75乘以当前预估带宽所得的值；
当0.8<＝γ<0.9时，控制模块2将所述当前目标码率调整为0.85乘以当前时刻的预估带宽所得的值；
当0.9<＝γ时，控制模块2将所述当前目标码率调整为0.9乘以当前时刻的预估带宽所得的值。
编码器1的参数调节模块3判断调节后的目标码率所处的目标码率范围，根据调节后的目标码率所处的目标码率范围调整分辨率参数、帧率参数。举例来说，当所述目标码率大于2048kbps时，所述参数调节模块3将分辨率调整为1080P、将帧率调整为25或者30帧/秒，当所述目标码率小于等于2048kbps且所述目标码率大于1024kbps时，参数调节模块3将分辨率调整为720P、将帧率调整为25或者30帧/秒，当所述目标码率小于等于1024kbps且所述目标码率大于512kbps时，参数调节模块3将分辨率调整为4CIF/D1/VGA、将帧率调整为25或者30帧/秒，当所述目标码率小于等于512kbps且所述目标码率大于128kbps时，参数调节模块3将分辨率调整为CIF、将帧率调整为25或者30帧/秒，当所述目标码率小于等于128kbps时，参数调节模块3将分辨率调整为QCIF、将帧率调整为15或者20帧/秒。
本发明还提供带宽自适应的控制方法，下面进行详细介绍。
参阅图6，图6是本发明实施例六带宽自适应的控制方法的流程图。
在步骤S601中，发送端10接收从接收端传输的RTCP报文。
在步骤S602中，发送端10的获取模块101从RTCP报文中分析出RTT，丢包率p，包大小和抖动等信息。
在步骤S603中，接收端10的判断模块103判断丢包率p是否为零。
在步骤S607中，当丢包率p为零时，选择REMB报文中的预估带宽作为预测带宽，即接收端10根据卡尔曼滤波器估算出的带宽，并进入步骤612。
在步骤611中，调整模块105判断在步骤S608中选择的预测带宽和当前的带宽是否不同，当不同时，即发生变化的时候，更新带宽，调整编码器的目标码率。
在步骤S604中，当丢包率p不为零时，调整模块105基于第一带宽公式计算预估带宽Ap，具体地计算过程如下：判断模块103判断丢包率、时延是否满足预设条件，其中预设条件包括丢包率>第一预设值且时延>第二预设值，调整模块105判断模块判断出丢包率>第一预设值且时延>第二预设值时，根据第一带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1-(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预测带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1。
在步骤S605中，当丢包率p不为零时，调整模块105基于第二带宽公式计算预估带宽，具体地，第二带宽公式为：
其中，X表示当前时刻的预估带宽，s表示多个rtp包的平均大小、R表示时延、p表示丢包率、b表示每隔b个rtp包发送一个TCP确认、RT0表示TCP超时重传的时间。
需要补充说明的是，在步骤S604中，当丢包率p不为零时，调整模块105还基于第三带宽公式计算预估带宽Ap，具体过程如下：当判断模块判断出第三预设值<丢包率<第一预设值且时延>第二预设值、或者判断出丢包率>第一预设值且第四预设值<时延<第二预设值时，调整模块，还用于根据第三带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1+(rtt*b)计算当前时刻的预估带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1。
进一步补充说明的是，在步骤S604中，当丢包率p不为零时，调整模块105还基于第四带宽公式计算预估带宽Ap，具体过程如下：判断模块103判断丢包率、时延是否满足预设条件，预设条件还包括丢包率<第三预设值且时延<第四预设值，当判断模块判断出丢包率<第三预设值且时延<第四预设值时，调整模块，还用于根据第四带宽公式Ap＝k*Ap-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、满足k>1，b>1，Ap>Ap-1。
当判断模块103判断出丢包率、时延不满足预设条件，调整模块105将前一时刻的带宽预估为当前时刻的带宽，即Ap＝Ap-1，其中，预设条件包括：丢包率>第一预设值且时延>第二预设值、第三预设值<丢包率<第一预设值且时延>第二预设值、丢包率>第一预设值且第四预设值<时延<第二预设值、丢包率<第三预设值且时延<第四预设值。
在步骤S606中，调整模块105判断当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值的大小。具体地，判断预测带宽Ap、X是否满足公式(Ap-X)*2/(Ap+X)>6％。
在步骤S608中，调整模块105在当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值大于第一预设阈值时，取当前时刻的带宽Ap、X中的较小值设置为当前时刻的带宽At。具体地，当Ap、X满足公式(Ap-X)*2/(Ap+X)>6％时，取当前时刻的带宽Ap、X中的较小值设置为当前时刻的带宽At。
在步骤S609中，当当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值小于第一预设阈值时，取当前时刻的预估带宽Ap、X的平均值设置为当前时刻的带宽At。具体地，当Ap、X不满足公式(Ap-X)*2/(Ap+X)>6％时，取当前时刻的带宽Ap、X中的平均值设置为当前时刻的带宽At。
在步骤S610中，编码器1的控制模块2判断当前时刻的带宽At与上一时刻的带宽At-1之间的差异是否大于第二预设阈值。具体地，判断|(At-At-1)/At-1|>10％是否成立。
在步骤S611中，当大于第二预设阈值时，编码器1的控制模块2根据当前时刻的带宽更新编码器的目标码率。具体地，当|(At-At-1)/At-1||>10％成立时，根据当前时刻的带宽At调整编码器的目标码率、更新带宽。
参阅图7，图7是本发明实施例七带宽自适应的控制方法的流程图。
在步骤S701中，接收端10的获取模块101获取发生端20发送的RTCP报文，其中，RTCP其中，RTCP报文包括当前的丢包率信息、时延信息包括当前的丢包率信息、时延信息，接收端10的获取模块101从RTCP报文中获取当前的丢包率p和时延rtt。
在步骤S703中，接收端10的判断模块103判断丢包率p、时延rrt满足的条件。
在步骤S705中，判断模块判断出丢包率>第一预设值且时延>第二预设值，则进入步骤S713，举例来说，如果预设条件为p>8％&&rtt>8毫秒，在步骤S705中，判断出获取丢包率p>8％、且获取的时延rtt>8毫秒，则进入步骤S713。
在步骤S713中，调整模块105根据带宽公式At＝(1-k*p)*At-1-(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，At表示当前时刻的带宽、At-1表示前一时刻的带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，At<At-1，举例来说带宽公式可为At＝(1-0.8p)*At-1-(rtt*150)，根据计算出的带宽进行带宽调节。
在步骤S707中，判断模块103判断出第三预设值<丢包率<第一预设值且时延>第二预设值、或者判断出丢包率>第一预设值且第四预设值<时延<第二预设值，则进入步骤S415，例如，在步骤S707中判断出2％<当前的丢包率p<8％且当前时延rtt>8毫秒、或者当前丢包率p>8％且4毫秒<当前的时延rtt<8毫秒，则进入步骤S715。
在步骤S715中，调整模块105根据带宽公式At＝(1-k*p)*At-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，At表示当前时刻的带宽、At-1表示前一时刻的带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，At<At-1，，例如带宽公式可为At＝(1-0.6p)*At-1+(rtt*100)，根据计算出的带宽进行带宽调节。
在步骤S709中，判断模块103判断出丢包率<第三预设值且时延<第四预设值，则进入步骤S717，例如判断出当前的丢包率p<2％且当前的时延rrt<4毫秒，则进入步骤S717。
在步骤S717中，调整模块105根据带宽公式At＝k*At-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，At表示当前时刻的带宽、At-1表示前一时刻的带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、满足k>1，b>1，At>At-1。举例来说，带宽公式可为At＝(1.04)*At-1+(rtt*200)，根据计算出的带宽进行带宽调节。
在步骤S711中，判断出丢包率、时延不满足条件，进入步骤S719，丢包率、时延不满足条件即不满足丢包率>第一预设值且时延>第二预设值、第三预设值<丢包率<第一预设值且时延>第二预设值、丢包率>第一预设值且第四预设值<时延<第二预设值、丢包率<第三预设值且时延<第四预设值，举例来说，判断出不能满足p>8％且rtt>8毫秒、2％<p<8％且rtt>8毫秒、或者p>8％且4毫秒<rtt<8毫秒、p<2％&&rtt<4毫秒。
在步骤S719中，调整模块105将前一时刻的带宽预估为当前时刻的带宽，根据计算出的带宽进行带宽调节。
参阅图8，图8是本发明实施例八带宽自适应的控制方法的流程图。
控制模块2计算当前目标码率与当前预估带宽的比值γ，判断比值γ所处数值范围，查询比值γ所处数值范围对应的目标码率调节公式，根据目标码率调节公式计算目标码率，根据计算出的目标码率对当前目标码率进行调节，其中，目标码率调节公式为：目标码率＝a*当前预估带宽，0<a<1。补充说明的是，在不同的数值范围，a对应的数值是不同的。本实施例中的具体流程如下：
在步骤S11中，调整编码器，更新目标码率。
在步骤S12中，编码器1的控制模块2获取目标码率D、预测带宽p，控制模块2计算当前目标码率D与当前预估带宽At的比值γ，判断比值γ所处数值范围。
在步骤S13中，控制模块2判断出述比值γ<0.5，进入步骤S19。
在步骤S19中，控制模块2根据目标码率调节公式计算目标码率，其中目标码率调节公式为：目标码率＝0.5*预测带宽At。
在步骤S14中，控制模块2判断出述比值0.5<＝γ<0.6，进入步骤S20。
在步骤S20中，控制模块2根据目标码率调节公式计算目标码率，其中目标码率调节公式为：目标码率＝0.55*预测带宽At。
在步骤S15中，控制模块2判断出述比值0.6<＝γ<0.7，进入步骤S21。
在步骤S21中，控制模块2根据目标码率调节公式计算目标码率，其中目标码率调节公式为：目标码率＝0.65*预测带宽At。
在步骤S16中，控制模块2判断出述比值0.7<＝γ<0.8，进入步骤S22。
在步骤S22中，控制模块2根据目标码率调节公式计算目标码率，其中目标码率调节公式为：目标码率＝0.75*预测带宽At。
在步骤S17中，控制模块2判断出述比值0.8<＝γ<0.9，进入步骤S23。
在步骤S23中，控制模块2根据目标码率调节公式计算目标码率，其中目标码率调节公式为：目标码率＝0.85*预测带宽At。
在步骤S18中，控制模块2判断出述比值0.9＝<γ，进入步骤S24。
在步骤S24中，控制模块2根据目标码率调节公式计算目标码率，其中目标码率调节公式为：目标码率＝0.9*预测带宽At。
为了防止太过频繁地调整分辨率和帧率等编码参数，参数调节模块3判断当前目标码率是否在预设时间段内或者是否连续预设次数维持在同一目标码率范围内，当目标码率在预设时间段内或者连续预设次数维持在同一目标码率范围内、且调节后的目标码率与当前的目标码率所处的目标码率范围不同时，根据调节后的目标码率所处的目标码率范围调整分辨率参数、帧率参数。在本实施了中具体步骤如下：
在步骤S25中，参数调节模块3判断目标码率是否在一个目标码率范围内维持至少2分钟或者连续20次以上，并且判断调节后的目标码率与调节前的目标码率是否不在同一目标码率范围内。
当目标码率在一个目标码率范围内维持至少2分钟或者连续20次以上，并且调节后的目标码率与调节前的目标码率不在同一目标码率范围内时，在步骤S26中，参数调节模块3根据调节后的目标码率所处的目标码率范围调整分辨率参数、帧率参数。具体调整步骤如下：
在步骤S27中，当参数调节模块3判断出目标码率大于2048kbps时，即BW>2M，参数调节模块3将分辨率调整为1080P、将帧率调整为25或者30帧/秒。
在步骤S28中，当参数调节模块3判断出目标码率小于等于2048kbps且目标码率大于1024kbps时，即1M<BW<＝2M时，参数调节模块3将分辨率调整为720P、将帧率调整为25或者30帧/秒。
在步骤S29中，当参数调节模块3判断出目标码率小于等于1024kbps且目标码率大于512kbps时，即512K<BW<＝1M时，参数调节模块3将分辨率调整为4CIF/D1/VGA、将帧率调整为25或者30帧/秒。
在步骤S30中，当目标码率小于等于512kbps且目标码率大于128kbps时，即1M<BW<＝2M时，参数调节模块3将分辨率调整为CIF、将帧率调整为25或者30帧/秒。
在步骤S31中，当目标码率小于等于128kbps时，即BW<＝128K时，参数调节模块3将分辨率调整为QCIF、将帧率调整为15或者20帧/秒。
本发明提供的宽带自适应的控制系统及方法利用丢包率信息和时延信息进行带宽估算，能够得到更为准确的带宽预算，即使在复杂网络情况下也能提供高准度的带宽预估值，有效地进行带宽自动调整，确保网络信号的传输。本发明提供的宽带自适应的控制系统及方法还能计算编码器当前目标码率与当前预估带宽的比值，并根据比值所在的数值范围对目标码率进行调节，根据调节后的目标码率对分辨率参数、帧率参数进行调节，确保在一定带宽下，能够传输音视频的编码数据，提高编码数据传输的可靠性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种带宽自适应控制系统，所述带宽自适应控制系统包括控制设备，所述控制设备包括发送端，其特征在于，所述发送端包括：
判断模块，用于判断丢包率、时延是否满足预设条件，其中所述预设条件包括所述丢包率>第一预设值且所述时延>第二预设值；
调整模块，用于当所述判断模块判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值时，根据第一带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1-(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预测带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1，根据第二带宽公式预估当前时刻的带宽，所述第二带宽公式为：其中，X表示当前时刻的预估带宽，s表示多个rtp包的平均大小、R表示时延、p表示丢包率、b表示每隔b个rtp包发送一个TCP确认、RT0表示TCP超时重传的时间，判断所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值的大小，当所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值小于第一预设阈值时，取所述当前时刻的预估带宽Ap、X的平均值设置为当前时刻的带宽At。
2.如权利要求1所述的带宽自适应控制系统，其特征在于，所述调整模块，还用于在当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值大于第一预设阈值时，取所述当前时刻的带宽Ap、X中的较小值设置为当前时刻的带宽At。
3.如权利要求1-2任一一项所述的带宽自适应控制系统，其特征在于，还包括编码器，所述编码器包括：
控制模块，用于判断所述当前时刻的带宽At与上一时刻的带宽At-1之间的差异是否大于第二预设阈值，当大于所述第二预设阈值时，根据当前时刻的带宽更新所述编码器的目标码率。
4.如权利要求1所述的带宽自适应控制系统，其特征在于，所述预设条件还包括第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、所述丢包率>所述第一预设值且第四预设值<所述时延<所述第二预设值，当所述判断模块判断出所述第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、或者判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述第四预设值<所述时延<所述第二预设值时，所述调整模块，还用于根据第三带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1+(rtt*b)计算当前时刻的预估带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1。
5.如权利要求1所述的带宽自适应控制系统，其特征在于，所述预设条件还包括所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值，当所述判断模块判断出所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值时，所述调整模块，还用于根据第四带宽公式Ap＝k*Ap-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、满足k>1，b>1，Ap>Ap-1。
6.如权利要求1所述的带宽自适应控制系统，其特征在于，所述控制设备还包括：
接收端，用于向所述发送端反馈RTCP报文，所述RTCP报文包括所述丢包率、所述时延；
所述发送端还包括获取模块，所述获取模块，用于接收所述RTCP报文，并从所述RTCP报文获取所述丢包率、所述时延。
7.如权利要求3所述的带宽自适应控制系统，其特征在于，所述编码器的所述控制模块，还用于计算当前目标码率与当前时刻的带宽的比值γ，判断所述比值γ所处数值范围，查询所述比值γ所处数值范围对应的目标码率调节公式，根据所述目标码率调节公式计算目标码率，根据所述计算出的目标码率对当前目标码率进行调节，其中，所述目标码率调节公式为：目标码率＝a*当前预估带宽，0<a<1。
8.如权利要求7所述的带宽自适应控制系统，其特征在于，所述编码器还包括参数调节模块，用于判断所述调节后的目标码率所处的目标码率范围，根据所述调节后的目标码率所处的目标码率范围调整分辨率参数、帧率参数。
9.一种带宽自适应控制方法，其特征在于，包括：
判断丢包率、时延是否满足预设条件，其中所述预设条件包括所述丢包率>第一预设值且所述时延>第二预设值；
当判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值时，根据第一带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1-(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1，并根据第二带宽公式预估当前时刻的带宽，所述第二带宽公式为：
其中，X表示当前时刻的预估带宽，s表示多个rtp包的平均大小、R表示时延、p表示丢包率、b表示每隔b个rtp包发送一个TCP确认、RT0表示TCP超时重传的时间；
判断所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值的大小，当所述当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值小于第一预设阈值时，取所述当前时刻的预估带宽Ap、X的平均值设置为当前时刻的带宽At。
10.如权利要求9所述的带宽自适应控制方法，其特征在于，还包括：
在当前时刻的预估带宽Ap、X之间的差值大于第一预设阈值时，取所述当前时刻的带宽Ap、X中的较小值设置为当前时刻的带宽At。
11.如权利要求9-10任一一项所述的带宽自适应控制方法，其特征在于，还包括：
判断所述当前时刻的带宽At与上一时刻的带宽At-1之间的差异是否大于第二预设阈值，当大于所述第二预设阈值时，根据当前时刻的带宽更新编码器的目标码率。
12.如权利要求9所述的带宽自适应控制方法，其特征在于，还包括：
所述预设条件还包括第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、所述丢包率>所述第一预设值且第四预设值<所述时延<所述第二预设值，当判断出所述第三预设值<所述丢包率<所述第一预设值且所述时延>所述第二预设值、或者判断出所述丢包率>所述第一预设值且所述第四预设值<所述时延<所述第二预设值时，根据第三带宽公式Ap＝(1-k*p)*Ap-1+(rtt*b)计算当前时刻的预估带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、且满足1>(1-k*p)>0，Ap<Ap-1。
13.如权利要求9所述的带宽自适应控制方法，其特征在于，还包括：
所述预设条件还包括所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值，当判断出所述丢包率<所述第三预设值且所述时延<所述第四预设值时，根据第四带宽公式Ap＝k*Ap-1+(rtt*b)预估当前时刻的带宽，其中，Ap表示当前时刻的预估带宽、Ap-1表示前一时刻的预估带宽、p表示丢包率、rtt表示时延、k和b为常数、满足k>1，b>1，At>At-1。
14.如权利要求9所述的带宽自适应控制方法，其特征在于，还包括：
接收RTCP报文，所述RTCP报文包括所述丢包率、所述时延；
从所述RTCP报文获取所述丢包率、所述时延。
15.如权利要求11所述的带宽自适应控制方法，其特征在于，还包括：
计算所述编码器的当前目标码率与当前时刻的带宽的比值γ；
判断所述比值γ所处数值范围，查询所述比值γ所处数值范围对应的目标码率调节公式；
根据所述目标码率调节公式计算目标码率，根据所述计算出的目标码率对当前目标码率进行调节，其中，所述目标码率调节公式为：目标码率＝a*当前预估带宽，0<a<1。
16.如权利要求15所述的带宽自适应控制方法，其特征在于，还包括：
判断所述调节后的目标码率所处的目标码率范围，根据所述调节后的目标码率所处的目标码率范围调整分辨率参数、帧率参数。
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