CN109618240A - 用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，根据IP网络传输能力的大小将音视频数据拆分为n个数据包，为了均衡各IP信道间的发送数据包的机会，所以要由头至尾再由尾至头循环选择IP信道进行发送数据包，在开始发送前要探测出各IP信道的最佳传输带宽，判断各带宽是否能与数据包大小匹配，从而对不同的数据包合理的安排对应的IP信道，从而实现对IP信道带宽的最佳利用，确保实现最佳的实时音视频数据传输，满足音视频质量要求。
Description
技术领域
本发明属于视频监控数据传输领域，特别涉及一种用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法。
背景技术
随着大家对公共安全意识的提高，视频监控的应用场合越来越多。传统的视频监控，不管是模拟方案还是IP网络方案，都需要使用线缆连接前端摄像机与后端系统。这类方法，无法满足移动场景，比如车载船载等监控需求，也无法满足偏远地区、建筑工地等不方便布线场合的视频监控。
随着移动通信技术的发展，为解决这个难题带来了曙光。使用运营商的4G/3G网络来传输音视频数据，可以满足移动场景和不方便场合的监控。配合传统的有线监控，与后台平台无缝的连接在一起，就可以组成一种全覆盖的网络视频监控系统。但是，无线移动通信网络跟有线网络相比，带宽有限，不能够满足对视频质量有较高要求的应用场景，就需要使用多个移动通信模块组合在一起来传输音视频数据。并且，无线移动通信网络还存在丢包、延时、带宽不稳定等多种问题。如何在这样一种动态变化的无线多信道环境下实现最佳的实时音视频数据传输，成了一个必须要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，确保在无线多通道环境下实现最佳的实时音视频数据传输。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，包括如下步骤：一种用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，包括如下步骤：A、终端设备与后端平台皆设置TCP/IP协议栈，终端设备与后端平台通过N个IP信道进行连接；B、终端设备的主控CPU将要传输的音视频数据拆分为n个适合IP信道传输能力的数据包；C、在N个顺序排列的IP信道中，以上次最终发送的IP信道为基准往后推移重新选择下一个IP信道进行传输数据包，由头至尾再由尾至头循环选择IP信道；D、对重新选择的IP信道进行估算带宽，判断此IP信道的带宽是否大于数据包的大小；E、如果大于则选择此IP信道进行传输数据包，如果小于则重新选择下一个IP信道进行重新估算带宽，直至选择合适带宽的IP信道，如果所有的IP信道的带宽都小于数据包的大小，则证明此时网络信号较差，隔一段时间再重新选择IP信道进行传输数据包；F、选择n个IP信道完毕，对应的IP信道开始传输n个数据包；G、对应的后端平台的服务软件接收完n个数据包，然后进行重组得到原始音视频数据。
所述的步骤D中，估算IP信道的带宽采用如下估算公式：发送码率=前x秒的实际传输码率均值÷（1–丢包率）；其中前x秒的实际传输码率均值是根据后端平台的服务软件与主控CPU反馈的传输数据包结果来计算，以此IP信道前x秒工作时成功传输数据包的码率均值作为参考；丢包率是根据后端平台的服务软件与主控CPU之间的反馈结果来计算，以此IP信道前x秒工作时传输数据包被后端平台的服务软件接收的失败率作为参考。
步骤E中还包括如下内容：选择合适带宽的IP信道后，还需判断此IP信道的传输是否延时过大，延时为此IP信道前x秒工作过程中，自IP信道开始发送数据包时至后端平台的服务软件接收到数据包并发送反馈包至终端设备的主控CPU时所用的时间，如果存在延时过大的情况则往后推移重新选择下一个IP信道。
步骤F与步骤G之间还包括如下步骤：
S1、IP信道开始传输数据，后端平台的服务软件开始接收数据，接收数据之后会向主控CPU发送反馈包，如果发送的反馈包反馈没有接收到数据包，则证明此数据包丢失，需重新按照步骤C、D、E往下推移重新选择下一个IP信道。
步骤F与步骤G之间还包括如下步骤：
S2、IP信道开始传输数据，后端平台的服务软件开始接收数据，服务软件在一定时间内并没有对主控CPU发送反馈包或超过一定时间才对主控CPU发送反馈包，则证明此数据包有可能丢失或此IP信道的传输存在延时过大的情况，需重新按照步骤C、D、E往下推移重新选择下一个IP信道。
针对存在数据包丢失或传输延时过大的IP信道，主控CPU会继续通过此IP信道发送与音视频数据无关的空数据包至后端平台的服务软件，通过服务软件发送至主控CPU的反馈包检测此IP信道是否仍存在数据包丢失或传输延时过大的情况，如果不存在则此IP信道仍可继续作为下一轮传输音视频数据的可使用IP信道。
所述的IP信道的物理形式可采用4G/3G移动通信网络和WiFi、BGAN无线通信网络的一种。
上述技术方案中，根据IP网络传输能力的大小将音视频数据拆分为n个数据包，为了均衡各IP信道间的发送数据包的机会，所以要由头至尾再由尾至头循环选择IP信道进行发送数据包，在开始发送前要探测出各IP信道的最佳传输带宽，判断各带宽是否能与数据包大小匹配，从而对不同的数据包合理的安排对应的IP信道，从而实现对IP信道带宽的最佳利用，确保实现最佳的实时音视频数据传输，满足音视频质量要求。
附图说明
图1为本发明方法原理框图；
图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
结合附图1、2对本发明做出进一步的说明：
一种用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，包括如下步骤：
A、终端设备与后端平台皆设置TCP/IP协议栈，终端设备与后端平台通过N个IP信道进行连接；
B、终端设备的主控CPU将要传输的音视频数据拆分为n个适合IP信道传输能力的数据包；
C、在N个顺序排列的IP信道中，以上次最终发送的IP信道为基准往后推移重新选择下一个IP信道进行传输数据包，由头至尾再由尾至头循环选择IP信道；
D、对重新选择的IP信道进行估算带宽，判断此IP信道的带宽是否大于数据包的大小；
E、如果大于则选择此IP信道进行传输数据包，如果小于则重新选择下一个IP信道进行重新估算带宽，直至选择合适带宽的IP信道，如果所有的IP信道的带宽都小于数据包的大小，则证明此时网络信号较差，隔一段时间再重新选择IP信道进行传输数据包；
F、选择n个IP信道完毕，对应的IP信道开始传输n个数据包；
G、对应的后端平台的服务软件接收完n个数据包，然后进行重组得到原始音视频数据。
根据IP网络传输能力的大小将音视频数据拆分为n个数据包，为了均衡各IP信道间的发送数据包的机会，所以要由头至尾再由尾至头循环选择IP信道进行发送数据包，在开始发送前要探测出各IP信道的最佳传输带宽，判断各带宽是否能与数据包大小匹配，从而对不同的数据包合理的安排对应的IP信道，从而实现对IP信道带宽的最佳利用，确保实现最佳的实时音视频数据传输，满足音视频质量要求。
进一步的，所述的步骤D中，估算IP信道的带宽采用如下估算公式：发送码率=前x秒的实际传输码率均值÷（1–丢包率）；其中前x秒的实际传输码率均值是根据后端平台的服务软件与主控CPU反馈的传输数据包结果来计算，以此IP信道前x秒工作时成功传输数据包的码率均值作为参考；丢包率是根据后端平台的服务软件与主控CPU之间的反馈结果来计算，以此IP信道前x秒工作时传输数据包被后端平台的服务软件接收的失败率作为参考。以IP信道之前的工作状态作为参考，判断其之前工作过程中的发送码率值，进行估算最适合的带宽，从而与数据包进行匹配，合理的安排IP信道进行传输数据包。
进一步的，步骤E中还包括如下内容：选择合适带宽的IP信道后，还需判断此IP信道的传输是否延时过大，延时为此IP信道前x秒工作过程中，自IP信道开始发送数据包时至后端平台的服务软件接收到数据包并发送反馈包至终端设备的主控CPU时所用的时间，如果存在延时过大的情况则往后推移重新选择下一个IP信道。判断IP信道的带宽满足传输数据包之后，还需判断此IP信道在传输过程中是否存在延时过大的情况，如果在之前的传输过程中所用时间平均值存在过大的情况，则证明此IP信道不稳定，则不采用此IP信道，往后推移重新选择。
进一步的，步骤F与步骤G之间还包括如下步骤：S1、IP信道开始传输数据，后端平台的服务软件开始接收数据，接收数据之后会向主控CPU发送反馈包，如果发送的反馈包反馈没有接收到数据包，则证明此数据包丢失，需重新按照步骤C、D、E往下推移重新选择下一个IP信道。确定好IP信道开始发送数据包时，还有可能会存在数据包丢失的情况，通过反馈包进行判断，如果证明数据包丢失，再根据上述步骤重新选择IP信道。
进一步的，步骤F与步骤G之间还包括如下步骤：
S2、IP信道开始传输数据，后端平台的服务软件开始接收数据，服务软件在一定时间内并没有对主控CPU发送反馈包或超过一定时间才对主控CPU发送反馈包，则证明此数据包有可能丢失或此IP信道的传输存在延时过大的情况，需重新按照步骤C、D、E往下推移重新选择下一个IP信道。确定好IP信道开始发送数据包时，还有可能会存在发送数据包延时或有可能丢失的情况，所以还需重新选择IP信道。
进一步的，针对存在数据包丢失或传输延时过大的IP信道，主控CPU会继续通过此IP信道发送与音视频数据无关的空数据包至后端平台的服务软件，通过服务软件发送至主控CPU的反馈包检测此IP信道是否仍存在数据包丢失或传输延时过大的情况，如果不存在则此IP信道仍可继续作为下一轮传输音视频数据的可使用IP信道。不是IP信道存在延时或丢包的情况，在下一轮发送音视频数据就不采用此IP信道了，因为当时有可能会存在网络波动或异常的情况，然后再发送空数据包通过服务软件与主控CPU的反馈情况，进一步的确定此IP信道可用，然后在下一轮的传输数据过程中，仍可将其作为可以传输数据包的IP信道，通过发送空数据包根据服务软件与主控CPU的反馈情况也可以重新估算IP信道的传输带宽，以此再合理的分配IP信道发送数据包。
所述的IP信道的物理形式可采用4G/3G移动通信网络和WiFi、BGAN无线通信网络的一种。
上述技术方案能够自适应的探测出各个IP信道的最佳传输带宽和延时情况；能够根据探测结果，合理分配拆分的数据包的IP信道，既能实现带宽最佳利用，又能做到延时控制在可接受范围内。
Claims (7)
1.一种用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，包括如下步骤：
A、终端设备与后端平台皆设置TCP/IP协议栈，终端设备与后端平台通过N个IP信道进行连接；
B、终端设备的主控CPU将要传输的音视频数据拆分为n个适合IP信道传输能力的数据包；
C、在N个顺序排列的IP信道中，以上次最终发送的IP信道为基准往后推移重新选择下一个IP信道进行传输数据包，由头至尾再由尾至头循环选择IP信道；
D、对重新选择的IP信道进行估算带宽，判断此IP信道的带宽是否大于数据包的大小；
E、如果大于则选择此IP信道进行传输数据包，如果小于则重新选择下一个IP信道进行重新估算带宽，直至选择合适带宽的IP信道，如果所有的IP信道的带宽都小于数据包的大小，则证明此时网络信号较差，隔一段时间再重新选择IP信道进行传输数据包；
F、选择n个IP信道完毕，对应的IP信道开始传输n个数据包；
G、对应的后端平台的服务软件接收完n个数据包，然后进行重组得到原始音视频数据。
2.根据权利要求1所述的用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，其特征在于：所述的步骤D中，估算IP信道的带宽采用如下估算公式：发送码率=前x秒的实际传输码率均值÷（1–丢包率）；其中前x秒的实际传输码率均值是根据后端平台的服务软件与主控CPU反馈的传输数据包结果来计算，以此IP信道前x秒工作时成功传输数据包的码率均值作为参考；丢包率是根据后端平台的服务软件与主控CPU之间的反馈结果来计算，以此IP信道前x秒工作时传输数据包被后端平台的服务软件接收的失败率作为参考。
3.根据权利要求1所述的用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，其特征在于：步骤E中还包括如下内容：选择合适带宽的IP信道后，还需判断此IP信道的传输是否延时过大，延时为此IP信道前x秒工作过程中，自IP信道开始发送数据包时至后端平台的服务软件接收到数据包并发送反馈包至终端设备的主控CPU时所用的时间，如果存在延时过大的情况则往后推移重新选择下一个IP信道。
4.根据权利要求3所述的用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，其特征在于：步骤F与步骤G之间还包括如下步骤：
S1、IP信道开始传输数据，后端平台的服务软件开始接收数据，接收数据之后会向主控CPU发送反馈包，如果发送的反馈包反馈没有接收到数据包，则证明此数据包丢失，需重新按照步骤C、D、E往下推移重新选择下一个IP信道。
5.根据权利要求4所述的用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，其特征在于：步骤F与步骤G之间还包括如下步骤：
S2、IP信道开始传输数据，后端平台的服务软件开始接收数据，服务软件在一定时间内并没有对主控CPU发送反馈包或超过一定时间才对主控CPU发送反馈包，则证明此数据包有可能丢失或此IP信道的传输存在延时过大的情况，需重新按照步骤C、D、E往下推移重新选择下一个IP信道。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，其特征在于：针对存在数据包丢失或传输延时过大的IP信道，主控CPU会继续通过此IP信道发送与音视频数据无关的空数据包至后端平台的服务软件，通过服务软件发送至主控CPU的反馈包检测此IP信道是否仍存在数据包丢失或传输延时过大的情况，如果不存在则此IP信道仍可继续作为下一轮传输音视频数据的可使用IP信道。
7.根据权利要求1~5任意一项所述的用于实时音视频传输的无线多信道自适应均衡方法，其特征在于：所述的IP信道的物理形式可采用4G/3G移动通信网络和WiFi、BGAN无线通信网络的一种。
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