CN106713947A - 减少直播时延和卡顿的方法及装置、直播系统 - Google Patents

减少直播时延和卡顿的方法及装置、直播系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减少直播时延和卡顿的方法，包括，主播端和客户端，主播端当发送队列数据包数量如不正常则主动丢弃部分或全部数据包使其不进入发送队列；客户端接收有缺帧时，当缺帧为缺B帧或P帧，则根据前后帧进行补齐，如果缺帧为I帧，则复制上一组的正常画面进行播放。本发明针对网络抖动时现有rtmp直播协议会引入延时，增加了主播端丢帧机制，将打包的数据在不影响观众端播放的情况下，将图像数据合理的丢弃一部分，这样就不会触发tcp的重传机制，其可以有效的降低这种延时，增加主播和观众实时互动性。本发明的播放器对于丢帧进行补齐，补齐的方案就是相邻图像的公差计算。人眼不会有任何不连贯的感觉。

Description

减少直播时延和卡顿的方法及装置、直播系统
技术领域
本发明涉及实时视频传输技术领域，特别是涉及一种减少直播时延和卡顿的方法及装置、直播系统。
背景技术
互联网直播日益盛行，视频直播需要占用大量上传带宽，然而我国电信运营商能够提供的网络上传带宽却一直没有量的变化，网络经常会有抖动，主流的直播协议是rtmp协议，这个协议的基础是tcp协议，根据tcp协议当网络发生波动时，发送端没有发送成功的数据包会等到网络恢复平稳后继续发送，在主播端就会造成数据包堆积，这样客户端观看到的直播流就会变成主播之前一小段时间的流，增加了直播的延时。导致互动性降低，
直播平台互动的方式主要是主播进行直播，观众通过观看视频直播，在文字聊天室打字和主播互动，文字信息传输量小基本是实时传输，这样的模式决定了主播端到客户端的直播延时在3秒以内是可以优化互动的，大于3秒就会有明显的延时感，主播之前好长时间做的事情，观众很久之后才能看到，极大地降低互动性，而且因为延时还导致画面产生卡顿等情况。
我秀直播平台目前采用rtmp协议进行直播，经常会有观众端出现观看延时的现象，极大地影响了观众与主播之间的互动。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种减少直播时延和卡顿的方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种减少直播时延和卡顿的方法，包括，主播端和客户端，
主播端包括，
将原数据进行编码成预定数据格式，
将编码后的数据打包成数据包并发送至发送队列，
判断数据包发送队列中数据包数量是否正常，
如不正常则主动丢弃部分或全部数据包使其不进入发送队列；
客户端接收有缺帧时，当缺帧为缺B帧或P帧，则根据前后帧进行补齐，如果缺帧为I帧，则复制上一组的正常画面进行播放。
所述的直播流的预定数据格式为H.264编解码格式，所述的数据包的传输协议为Rtmp协议。
客户端还包括根据上一帧和下一帧的时间戳及数据包序号计得缺失帧的时间戳。
所述的当网络出现抖动时主动丢弃部分数据包直至数据包发送队列数量正常为：
当所述的数据包发送队列的数量不大于第一阈值，不主动丢弃数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第一阈值且不大于第二阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第二阈值且不大于第三阈值，，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃部分或全部P帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第三阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃全部P帧数据包，丢弃部分或全部I帧数据包。
客户端若缺少B帧时，则根据播放的画面根据相邻的P帧的图像做差值进行图像补齐，如相邻的P帧也缺，则根据相邻的P帧和I帧进行B帧补齐；
如果缺帧为P帧则根据相邻I帧的画面做差值进行图像补齐。
一种减少直播时延和卡顿的装置，包括，主播端和客户端，
主播端包括，
编码模块，用以将原数据进行编码成预定数据格式，
传输模块，用以将编码后的数据打包成数据包并发送至发送队列，
发送状态监控模块，用以监控数据包发送队列的数据包数量并判断是否正常，
丢包模块，用以当发送队列中数量不正常时主动丢弃部分或全部数据包使其不进入发送队列；
客户端包括，
缺帧处理模块，当缺帧为缺B帧或P帧，则根据前后帧进行补齐，如果缺帧为I帧，则复制上一组的正常画面进行播放。
所述的编码模块H.264编解码格式，所述的传输模块的传输协议为Rtmp协议。
客户端还包括时间戳计算模块，其根据上一帧和下一帧的时间戳及数据包序号计得缺失帧的时间戳。
所述的丢包模块的控制方法为，
当所述的数据包发送队列的数量不大于第一阈值，不主动丢弃数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第一阈值且不大于第二阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第二阈值且不大于第三阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃部分或全部P帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第三阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃全部P帧数据包，丢弃部分I帧数据包；
缺帧处理模块的控制方法为，若缺少B帧时，则根据播放的画面根据相邻的P帧的图像做差值进行图像补齐，如相邻的P帧也缺，则根据相邻的P帧和I帧进行B帧补齐；
如果缺帧为P帧则根据相邻I帧的画面做差值进行图像补齐。
一种具有所述的减少直播时延和卡顿的装置的直播系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明针对网络抖动时现有rtmp直播协议会引入延时，增加了主播端丢帧机制，将打包的数据在不影响观众端播放的情况下，将图像数据合理的丢弃一部分，这样就不会触发tcp的重传机制，其可以有效的降低这种延时，增加主播和观众实时互动性。
本发明的播放器对于丢帧进行补齐，补齐的方案就是相邻图像的公差计算。如果只是B帧缺，P帧不缺，则利用相邻的P帧，如果此段P帧也缺，就利用相邻的I帧和P帧。补齐的B帧也进行了差值运算，差值为相邻的(P-I或P)/(B帧数量+1)，这样图像的流畅效果更好。视频数据每秒钟25帧图像画面，在缺少B帧数据恢复时，人眼不会有任何不连贯的感觉，在恢复连续丢失I帧数据时，也就是网络很差的时候，人眼才会有比较明显的卡顿的感觉，因为图像基本都一样。但是声音一直都是连贯的。
附图说明
图1所示为本发明的主播端丢包的流程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。
直播技术流程:主播端直播时分为3个大的模块，音视频数据采集，编码，推送。观众端相应的也分为3个模块，音视频数据接收，解码，播放。
造成直播延时的原因，原始图像数据通常很大，通过h.264视频压缩算法进行压缩，通过rtmp协议封装成数据包，进行网络传输，图像数据虽然进行了压缩，但是数据量仍然相当大，当网络出现抖动或者其他异常时，根据rtmp协议，数据要缓存在发送端等待网络恢复时一并发送，这样就会到导致观众端的播放器在某个时间没有数据，过一会数据恢复了陆续播出的时候造成了延时。
如图所示，为了降低网络抖动引起的时延,本发明减少直播时延和卡顿的方法，主播端的控制包括，
步骤101，将原数据进行编码成预定数据格式，
视频原数据压缩方式可采用任意现有技术，如h.264视频压缩算法，根据h.264视频压缩算法，图像序列会被压缩成I帧P帧和B帧，I帧进行图像帧内压缩，解码时I帧自己本身可以独立恢复成一帧图像画面，P帧参考I帧进行压缩，解码恢复时也就是需要等I帧解码成完整图像才能恢复，B帧参考P帧恢复。整个图像序列是由多个重复的IPBBPBBPIPBBPBBP序列组成的。在观众端只要能解码完毕第一个I帧就会显示图像，相应的解码P和B帧时显示连贯的图像。
步骤102，将编码后的数据打包成数据包并发送至发送队列，
I帧、B帧和P帧各自封装成对应的rtmp数据包类型，每帧对应一个数据包，封装的主要目的就是增加视频流的时间戳，丢包时不影响后续时间戳的正确封装，因此不会出现音画不同的问题。
步骤103，根据数据包发送队列的数量判定网络状态，
原数据持续地进行编码成IPBBBPBBBP数据格式，然后被打包成RTMP数据包，网络抖动时发送数据包的队列会因为发送的数据包的速度小于实时编码封装数据包的速度，出现队列的逐渐增大的情况，根据实际测验当发送队列内的元素数目大于第一阈值，如64时判断为网络出现抖动，大于第二阈值，如128判断为较严重，大于第三阈值，如256时判断为很严重，
步骤104，当网络出现抖动时主动丢弃部分数据包直至数据包发送队列正常。丢包的逻辑处理在数据包生成和数据包进入队列线程之间，也就是不让封装好的rtmp数据包继续进入发送的队列，造成发送队列堵塞越来越严重的情况。即每当有新的rtmp数据包进入发送队列时会进行对发送队列已有数据包元个数的判断，并根据队列中数据包个数进行具体区别对待，
具体地，当所述的数据包发送队列的数量大于第一阈值且不大于第二阈值，视为网络出现抖动，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，此时陆续产生的P帧和I帧依然会进入到发送队列中；
当所述的数据包发送队列的数量大于第二阈值且不大于第三阈值，视为网络抖动较严重，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃部分或全部P帧数据包，当出现较严重的网络抖动，为保证传输的实时性，根据情况进行P帧的选择性或者全部丢弃，如隔一丢一，隔二丢一等，在网络许可情况下尽可能保证在两个I帧之间有一个P帧存在；当部分丢弃模式不足以遏制队列增长时，可选择全部丢弃P帧；
当所述的数据包发送队列的数量大于第三阈值，视为网络抖动严重，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃全部P帧数据包，丢弃部分或全部I帧数据包。通过主动丢弃数据包，牺牲一定画面质量甚至一段视频信息，保证网络抖动时的小时延，提升网络主播的沟通实时性。
当客户端收到不完整的有缺失的数据包流时减少观众端画面卡顿的方法，包括，
当有缺帧时，根据上一帧和下一帧的时间戳及数据包序号计得时间戳，且，
当缺帧为缺B帧或P帧，则根据前后帧进行补齐，如果缺帧为I帧，则复制上一组的正常画面进行播放。
首选，每个数据包都有时间戳，在客户端即播放端，播放丢弃了部分数据包的视频视频时会出现时间戳的断档，则首先根据上一帧和下一帧的时间戳及数据包序号计得时间戳，其中，所述的上一帧和下一帧是指实际接收到的数据帧，然后根据上一个和下一个视频帧的时间戳和相应的数据包序号来重新计算丢弃了视频帧的时间戳，计算方法为时间戳的差值除以包序号的差值得到时间戳间隔，根据间隔，进行正确播放。数据包分为音频数据包和视频数据包，音频数据量很小微乎其微，所以在主播端丢包时不做处理，视频的数据量很大，是网络抖动时主要是视频数据发送不出去，所以要选在发送队列选择性丢弃，音频视频同步主要是通过数据包头的时间戳信息来同步的，丢弃一部分视频包，并不会影响其他视频包的时间戳，所以不会影响同步的问题，第一步时间戳的补齐计算，则是同时时间戳分辨出缺少帧的类型和数量，以便后续进行补齐处理。
如果丢弃的是B帧画面播放的画面会根据相邻的P帧进行补齐恢复，如果相邻的P帧也有缺失，则根据相邻的I帧和P帧的图像做差值进行图像恢复播放；如果丢弃的P帧会根据相邻I帧进行恢复。如果丢弃的是I帧，就复制上一组的已有画面进行播放，视频数据每秒钟25帧图像画面，在缺少B帧数据恢复时，人眼不会有任何不连贯的感觉，在恢复连续丢失I帧数据时，也就是网络很差的时候，人眼才会有比较明显的卡顿的感觉，因为图像基本都一样。但是声音一直都是连贯的。
本发明针对网络抖动时现有rtmp直播协议会引入延时，增加了主播端丢帧机制，将打包的数据在不影响观众端播放的情况下，将图像数据合理的丢弃一部分，这样就不会触发tcp的重传机制，其可以有效的降低这种延时，增加主播和观众实时互动性。同时在客户端针对丢弃帧进行了差值补齐，保证图像播放的流畅性和画面的顺畅度，提高客户使用感受。
同时，本发明还公开了减少直播时延和卡顿的装置，主播端包括，
编码模块，用以将原数据进行编码成预定数据格式，如H.264编解码格式；
传输模块，用以将编码后的数据打包成数据包并发送至发送队列，所述的传输模块的传输协议为Rtmp协议。
发送状态监控模块，用以根据数据包发送队列的数量判定网络状态，
丢包模块，用以当网络出现抖动时主动丢弃部分数据包直至数据包发送队列正常，所述的丢包模块的控制方法为，
当所述的数据包发送队列的数量不大于第一阈值，视为网络正常，不主动丢弃数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第一阈值且不大于第二阈值，视为网络出现抖动，主动丢弃队列中全部B帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第二阈值且不大于第三阈值，视为网络抖动较严重，主动丢弃队列中全部B帧数据包，丢弃部分或全部P帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第二阈值且不大于第三阈值，视为网络抖动严重，主动丢弃队列中全部B帧数据包，丢弃全部P帧数据包，丢弃部分或全部I帧数据包；
客户端包括，
时间戳计算模块，当有缺帧时，其根据上一帧和下一帧的时间戳及数据包序号计得时间戳，所述的时间戳的计算方法为上一帧和下一帧的时间戳的差值除以对应数据包的包序号的差值得到时间戳间隔，根据时间戳间隔得出缺帧的时间戳。
缺帧处理模块，当缺帧为缺B帧或P帧，则根据前后帧进行补齐，如果缺帧为I帧，则复制上一组的正常画面进行播放。
具体地，若缺少B帧时，则根据播放的画面根据相邻的P帧的图像做差值进行图像补齐，如相邻的P帧也缺，则根据相邻的P帧和I帧进行B帧补齐；
如果缺帧为P帧则根据相邻I帧的画面做差值进行图像补齐。
缺失了B帧、P帧或者I帧，通常播放器的方案是会直接跳过缺失了的数据，播放存在的B帧、P帧或者I帧，会出现明显的卡顿的现象。本发明的播放器对于丢帧方案是进行补齐，补齐的方案就是相邻图像的公差计算。如果只是B帧缺，P帧不缺，则利用相邻的P帧，如果此段P帧也缺，就利用相邻的I帧和P帧。补齐的B帧也进行了差值运算，差值为相邻的(P-I或P)/(B帧数量+1)，这样图像的流畅效果更好。视频数据每秒钟25帧图像画面，在缺少B帧数据恢复时，人眼不会有任何不连贯的感觉，在恢复连续丢失I帧数据时，也就是网络很差的时候，人眼才会有比较明显的卡顿的感觉，因为图像基本都一样。但是声音一直都是连贯的。
同时，本发明还公开了具有所述的直播中减少观众端画面卡顿的装置的直播系统，采用该直播端优化了发送端数据包发送机制，提高了其对网络抖动的适应性，有效提高了直播的实时性，同时在客户端针对丢弃帧进行了差值补齐，保证图像播放的流畅性和画面的顺畅度，提高客户使用感受。
根据队列中现存的数据包数量对新来的数据包进行丢弃处理，不影响正常的发送队列，而且根据队列变化适时调整丢包策略，能有效均衡实时性和画面，提升整体观看感受。
本发明还公开了一种具有所述的减少直播时延和卡顿的装置的直播系统，采用该直播系统，主播端的数据得以及时发出，减少时延，提高观众与主播间的互动。同时在客户端针对丢弃帧进行了差值补齐，保证图像播放的流畅性和画面的顺畅度，提高客户使用感受。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种减少直播时延和卡顿的方法，其特征在于，包括，主播端和客户端，
主播端包括，
将原数据进行编码成预定数据格式，
将编码后的数据打包成数据包并发送至发送队列，
判断数据包发送队列中数据包数量是否正常，
如不正常则主动丢弃部分或全部数据包使其不进入发送队列；
客户端接收有缺帧时，当缺帧为缺B帧或P帧，则根据前后帧进行补齐，如果缺帧为I帧，则复制上一组的正常画面进行播放。
2.如权利要求1所述的减少直播时延和卡顿的方法，其特征在于，所述的直播流的预定数据格式为H.264编解码格式，所述的数据包的传输协议为Rtmp协议。
3.如权利要求1所述的减少直播时延和卡顿的方法，其特征在于，客户端还包括根据上一帧和下一帧的时间戳及数据包序号计得缺失帧的时间戳。
4.如权利要求2所述的减少直播时延和卡顿的方法，其特征在于，所述的当网络出现抖动时主动丢弃部分数据包直至数据包发送队列数量正常为：
当所述的数据包发送队列的数量不大于第一阈值，不主动丢弃数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第一阈值且不大于第二阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第二阈值且不大于第三阈值，，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃部分或全部P帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第三阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃全部P帧数据包，丢弃部分或全部I帧数据包。
5.如权利要求4所述的减少直播时延和卡顿的方法，其特征在于，客户端若缺少B帧时，则根据播放的画面根据相邻的P帧的图像做差值进行图像补齐，如相邻的P帧也缺，则根据相邻的P帧和I帧进行B帧补齐；
如果缺帧为P帧则根据相邻I帧的画面做差值进行图像补齐。
6.一种减少直播时延和卡顿的装置，其特征在于，包括，主播端和客户端，
主播端包括，
编码模块，用以将原数据进行编码成预定数据格式，
传输模块，用以将编码后的数据打包成数据包并发送至发送队列，
发送状态监控模块，用以监控数据包发送队列的数据包数量并判断是否正常，
丢包模块，用以当发送队列中数量不正常时主动丢弃部分或全部数据包使其不进入发送队列；
客户端包括，
缺帧处理模块，当缺帧为缺B帧或P帧，则根据前后帧进行补齐，如果缺帧为I帧，则复制上一组的正常画面进行播放。
7.如权利要求1所述的减少直播时延和卡顿的装置，其特征在于，所述的编码模块H.264编解码格式，所述的传输模块的传输协议为Rtmp协议。
8.如权利要求1所述的减少直播时延和卡顿的装置，其特征在于，客户端还包括时间戳计算模块，其根据上一帧和下一帧的时间戳及数据包序号计得缺失帧的时间戳。
9.如权利要求2所述的减少直播时延和卡顿的装置，其特征在于，所述的丢包模块的控制方法为，
当所述的数据包发送队列的数量不大于第一阈值，不主动丢弃数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第一阈值且不大于第二阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第二阈值且不大于第三阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃部分或全部P帧数据包，
当所述的数据包发送队列的数量大于第三阈值，主动丢弃新传送来的全部B帧数据包，丢弃全部P帧数据包，丢弃部分I帧数据包；
缺帧处理模块的控制方法为，若缺少B帧时，则根据播放的画面根据相邻的P帧的图像做差值进行图像补齐，如相邻的P帧也缺，则根据相邻的P帧和I帧进行B帧补齐；
如果缺帧为P帧则根据相邻I帧的画面做差值进行图像补齐。
10.一种具有如权利要求6-9任一项所述的减少直播时延和卡顿的装置的直播系统。
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