CN110099250B - 一种监控视频质量判断方法及播放控制装置 - Google Patents

一种监控视频质量判断方法及播放控制装置 Download PDF

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Abstract

一种视频监控质量判断方法，包括：步骤1、建立一个视频质量判断控制框架；步骤2、建立效用函数表示用户体验质量Q；步骤3、计算Q数值。本发明还包括视频监控质量判断方法的监控视频播放控制装置，包括：监控视频转发服务器和监控视频客户端；其中所述监控视频转发服务器转发监控设备传输过来的视频流到监控视频客户端；监控视频客户端处理监控视频转发服务器转发过来的视频流，并将其显示在观看监控视频的客户眼前。本发明的监控视频质量判断方法增加了用户端体验相关的参数，如缓存区长度以及播放帧率，可以有效地判断出用户体验的视频质量。

Description

一种监控视频质量判断方法及播放控制装置
技术领域
本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种视频监控质量判断方法以及播放控制方法。
背景技术
随着社会的发展，公众安全意识的不断提高，视频监控系统作为安防产业中的重要部分，已经广泛地运用在生活中的许多场所。事实上，公路、公共场所、室内也是已经安装部署了大量的视频监控设备，随之而来的就是联网的需要。近年来随着以国标GB/T28181为代表的一批视频联网标准的公布，各公共部门及跨部门、跨区域的视频联网飞速发展。
但是发展也带来了新的问题，由于各种原因，有些监控视频系统的网络结构可能十分复杂，这就不可避免地带来了监控视频质量的下降。
目前也有对于这种因网络质量因素造成的监控视频质量下降的判断方式，但是基本是基于传统的QoS理论，即从服务器对视频传输的带宽，延迟，丢包率等网络因素进行监控与判断。然而影响用户的体验的不仅仅只这些因素，还有服务运行端即视频监控客户端的环境，内容分辨率，卡顿间隔等。所以有时候传统的QoS的判断并不能有效地体现用户使用视频监控时的体验，而需要一种新的更能体现用户使用感受的监控视频质量判断方法以及基于该方法的播放控制装置。
发明内容
本发明针对现有的视频监控在网络不佳的情况下，监控视频质量难以有效判断以提升用户体验的缺点，提供一种结合服务器转发端视频码率，监控客户端缓存区长度i、丢包率l、播放帧率u和视频播放码率r的监控视频质量检测方法和一种基于该方法的监控视频播放控制装置，实现实时监控视频质量的检测，并通过监控视频播放控制装置调整监控视频状态，提高客户端用户的体验。
本发明的一种视频监控质量判断方法，具体步骤为：
步骤一、建立一个视频质量判断控制框架，具体为：
监控视频远端采用可伸缩视频编码方式编码视频，每段视频生成N个不同层次的码率，S＝{R1,R2,...,RN}，其中S为可选监控视频码率合集，R1到RN为可选择码率；以间隔时间T作为监控视频质量判断周期，标记为C∈{1,2,...}。客户端根据每个周期从监控视频解码器中传回的丢包率l，缓存区长度i，以及上一个周期监控视频播放控制器记录的播放帧率u还有监控视频码率r计算出量化后的用户体验质量Q。
步骤二、建立效用函数表示用户体验质量Q：
Figure GDA0002797688180000021
其中，A3代表播放帧率在Q中所占的权重；
设监控视频客户端的播放缓存区容量为M，该缓存区设置一个低门限LL和高门限HL。若正常播放速率为uN＝25帧，考虑时延抖动不超过50％，则最低播放速率为应该为umin＝25/1.5＝16.6帧，则播放速率可以看成下式：
Figure GDA0002797688180000022
通过该式，则系统有了可以调节监控视频播放速率的依据，将此式与Q的式子连立，可得：
(1)当缓存区长度大于LL时：
Figure GDA0002797688180000031
其中
Figure GDA0002797688180000032
A2,
Figure GDA0002797688180000033
为加权系数；P为帧数在Q中所占的权重。
(2)当缓存区长度小于LL时：
Figure GDA0002797688180000034
其中A1,A2,
Figure GDA0002797688180000035
为加权系数；
Figure GDA0002797688180000036
A1,A2,
Figure GDA0002797688180000037
是经验值，其中A1是由
Figure GDA0002797688180000038
经过转换得来，代表缓存区长度在Q中所占的权重，A2代表丢包率在Q中所占的权重，
Figure GDA0002797688180000039
代表当码率为rN时在Q中所占的权重。
Figure GDA00027976881800000310
A1,A2,
Figure GDA00027976881800000311
可自行调节以达到最好效果。
在得到Qc(i,l,u,r)效用函数后，计算出最佳情况下(无丢包，缓存区等于HL)各码率的QN。
步骤三、计算Q数值：
在每个周期T时，通过Qc(i,l,u,r)表达式得到
Figure GDA00027976881800000312
代表此式为周期t，且此式码率为RN。比较
Figure GDA00027976881800000313
与QN，若
Figure GDA00027976881800000314
则此时可以降低码率。若
Figure GDA00027976881800000315
则此式可以提高码率，其中λ和μ可根据自身情况自由设定。
基于本发明提出的视频监控质量判断方法的播放控制装置，包括：监控视频转发服务器和监控视频客户端。其中所述监控视频转发服务器转发监控设备传输过来的视频流到监控视频客户端；监控视频客户端处理监控视频转发服务器转发过来的视频流，并将其显示在观看监控视频的客户眼前。
所述监控视频客户端中，包括监控视频解码器、监控视频缓存器、监控视频播放控制器和监控视频显示装置。其中监控视频解码器接收监控视频转发服务器转发来的视频流，并进行解码，并将解码得到的视频帧存到监控视频缓存器中；监控视频播放控制器通过从接收监控视频解码器中得到的缓存区长度i，丢包率l，监控视频播放码率rN计算得出监控视频质量Q；监控视频缓存器将视频帧以监控视频播放控制器计算得到的速率推送视频帧到显示装置中；监控视频显示装置一帧一帧地显示视频帧。
所述监控视频解码器做如下数据处理：(1)接收视频流；(2)根据数据包序列进行排序并将数据包存入一级缓存；(3)检查序列号是否连续，连续则进行组帧，否则丢弃数据包；(4)将组帧后的视频帧存入二级缓存。监控视频播放控制器计算监控视频质量Q，将控制信息反馈给监控视频缓存器和监控视频转发服务器，控制播放帧率u以及码率r以便于及时提高监控视频质量Q。监控视频显示装置则用FFmpeg进行解码显示。
本发明的有益效果主要表现在：(1)本发明的监控视频质量判断方法在传统QoS的评价参数基础上增加了用户端体验相关的参数，如缓存区长度以及播放帧率，可以有效地判断出用户体验的视频质量；(2)基于(1)中的监控视频质量判断方法设计的监控视频播放控制装置可以有效地控制监控视频的播放，使用视频卡顿的情况有效减少；(3)基于(1)中的监控视频质量判断方法设计的监控视频播放控制装置可以通过调整码率，充分的使用客户端所具有的带宽，获得最好的监控体验。
附图说明
图1是本发明的监控视频播放控制装置的总体架构框架。
图2是本发明的解码流程图。
图3是本发明的缓存区播放速率控制图。
图4是本发明的监控视频播放控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照图1～图4，本发明首先是搭建了一个视频监控系统的服务器端与客户端两方面，然后通过本发明中的监控视频质量判断方法搭建一个监控视频播放控制装置，并将其安装到客户端中，达到实时改变播放参数，提高用户体验的作用。其基本架构框架如图1所示。
依据附图1搭建工作环境，监控视频转发服务器和监控视频客户端。其中所述监控视频转发服务器用于转发监控设备传输过来的视频流到监控视频客户端；监控视频客户端用于处理监控视频转发服务器转发过来的视频流，并将其显示在观看监控视频的客户眼前。本实施方案中，整个框架可使用SIP协议进行通信，用RTP协议进行视频流的传输，而运用RTP协议进行传输，则对网络环境的要求更高，本发明的监控视频质量判断方法能更好地发挥效果。
整个发明的核心是监控视频客户端，包括监控视频解码器、监控视频缓存器、监控视频播放控制器和监控视频显示装置。其中监控视频解码器用于接收监控视频转发服务器转发来的视频流，并进行解码，并将解码得到的视频帧存到监控视频缓存器中；监控视频播放控制器用于通过从接收监控视频解码器中得到的缓存区长度i，丢包率l，监控视频播放码率rN计算得出用户体验质量Q；监控视频缓存器用于将视频帧以监控视频播放控制器计算得到的速率推送视频帧到显示装置中；监控视频显示装置用于一帧一帧显示视频帧。
视频监控在客户端开启之后，远程远端就会向图1整体框架中的监控视频转发服务器发送不同码流地视频流S＝{R1,R2,...,RN}，假设一开始的码率为Rn,则监控视频转发服务器将码率为Rn的视频流通过RTP协议转发到监控视频解码器中。
接收到视频流之后监控视频解码器开始工作。工作流程如图2所示。首先是接收视频流即接收一个个的RTP数据包，然后根据数据包序列进行排序并将数据包按序列存入一级缓存，接下来检查序列号是否连续，如果连续则对数据包进行组帧，否则丢弃数据包，最后将组帧后的视频帧存入二级缓存。
图1中的监控视频播放控制器主要包含了两个功能，第一个是控制监控视频缓存器输出视频帧到监控视频显示装置中的视频帧率u，第二个是控制从监控视频转发服务器中获得最适合的码率的监控视频流。监控视频播放器的工作是按照设定的周期进行。以间隔时间T作为监控视频质量判断周期，标记为C∈{1,2,...}。当视频监控开启至T时，监控视频播放控制器进行一次工作。首先是第一个功能，如图3，所示，在缓存区中设置一个高门限HL，以及一个低门限LL。视频帧流a从监控视频解码器中得到，经过播放速率控制输出视频帧流b到监控视频显示装置中去。获取缓存区长度，当缓存区大小小于LL时降低输出流的控制速率。具体方案可在发明内容参考。然后是第二个功能，获取T时的所需参数，通过Qc(i,l,u,r)表达式得到
Figure GDA0002797688180000061
比较
Figure GDA0002797688180000062
与
Figure GDA0002797688180000063
若
Figure GDA0002797688180000064
则此时可以降低码率至。若
Figure GDA0002797688180000065
则此式可以提高码率。具体方式如图4所示。控制码率的方式是通过发送sip消息给监控视频转发服务器，转发服务器根据sip消息调整码率。等到下一个周期到达后，再进行下一次运算。
在得到播放帧率之后图1中的监控视频缓存器则可以以按帧率将视频帧推给监控视频显示装置，监控视频显示装置运用FFmpeg工具进行解码显示画面。
综上所述，本发明针对现有的视频监控在网络不佳的情况下，监控视频质量难以有效判断以提升用户体验的缺点，提供一种结合服务器转发端视频码率，监控客户端缓存区长度i、丢包率l、播放帧率u和视频播放码率r的监控视频质量检测方法和基于该方法的监控视频播放控制装置，实现实时监控视频质量的检测，并通过监控视频播放控制装置调整监控视频状态，提高客户端用户的体验。

Claims (2)

1.一种视频监控质量判断方法，具体步骤为：
步骤一、建立一个视频质量判断控制框架，具体为：
监控视频远端采用可伸缩视频编码方式编码视频，每段视频生成N个不同层次的码率，S＝{R1,R2,...,RN}，其中S为可选监控视频码率合集，R1到RN为可选择码率；以间隔时间T作为监控视频质量判断周期，标记为C∈{1,2,...}；客户端根据每个周期从监控视频解码器中传回的丢包率l，缓存区长度i，以及上一个周期监控视频播放控制器记录的播放帧率u还有监控视频码率r计算出量化后的用户体验质量Q；
步骤二、建立效用函数表示用户体验质量Q：
Figure FDA0002797688170000011
其中，A3代表播放帧率在Q中所占的权重；
设监控视频客户端的播放缓存区容量为M，该缓存区设置一个低门限LL和高门限HL；若正常播放速率为uN＝25帧，考虑时延抖动不超过50％，则最低播放速率为应该为umin＝25/1.5＝16.6帧，则播放速率可以看成下式：
Figure FDA0002797688170000012
通过该式，则系统有了可以调节监控视频播放速率的依据，将此式与Q的式子连立，可得：
(1)当缓存区长度大于LL时：
Figure FDA0002797688170000013
其中
Figure FDA0002797688170000014
A2,
Figure FDA0002797688170000015
为加权系数；P为帧数在Q中所占的权重；
(2)当缓存区长度小于LL时：
Figure FDA0002797688170000016
其中A1,A2,
Figure FDA0002797688170000017
为加权系数；
Figure FDA0002797688170000018
A1,A2,
Figure FDA0002797688170000019
是经验值，其中A1是由
Figure FDA00027976881700000110
经过转换得来，代表缓存区长度在Q中所占的权重，A2代表丢包率在Q中所占的权重，
Figure FDA00027976881700000111
代表当码率为rN时在Q中所占的权重；
Figure FDA00027976881700000112
A1,A2,
Figure FDA00027976881700000113
可自行调节以达到最好效果；
在得到Qc(i,l,u,r)效用函数后，计算出最佳情况下各码率的QN，最佳情况指无丢包、缓存区等于HL；
步骤三、计算Q数值：
在每个周期T时，通过Qc(i,l,u,r)表达式得到
Figure FDA00027976881700000114
代表此式为周期t，且此式码率为RN；比较
Figure FDA0002797688170000021
与QN，若
Figure FDA0002797688170000022
则此时可以降低码率；若
Figure FDA0002797688170000023
则此式可以提高码率，其中λ和μ可根据自身情况自由设定。
2.一种实施权利要求1所述的视频监控质量判断方法的播放控制装置，其特征在于：包括：监控视频转发服务器和监控视频客户端；其中所述监控视频转发服务器转发监控设备传输过来的视频流到监控视频客户端；监控视频客户端处理监控视频转发服务器转发过来的视频流，并将其显示在观看监控视频的客户眼前；
所述监控视频客户端中，包括监控视频解码器、监控视频缓存器、监控视频播放控制器和监控视频显示装置；其中监控视频解码器接收监控视频转发服务器转发来的视频流，并进行解码，并将解码得到的视频帧存到监控视频缓存器中；监控视频播放控制器通过从接收监控视频解码器中得到的缓存区长度i，丢包率l，监控视频播放码率rN计算得出监控视频质量Q；监控视频缓存器将视频帧以监控视频播放控制器计算得到的速率推送视频帧到显示装置中；监控视频显示装置一帧一帧地显示视频帧；
所述监控视频解码器做如下数据处理：(1)接收视频流；(2)根据数据包序列进行排序并将数据包存入一级缓存；(3)检查序列号是否连续，连续则进行组帧，否则丢弃数据包；(4)将组帧后的视频帧存入二级缓存；监控视频播放控制器计算监控视频质量Q，将控制信息反馈给监控视频缓存器和监控视频转发服务器，控制播放帧率u以及码率r以便于及时提高监控视频质量Q；监控视频显示装置则用FFmpeg进行解码显示。
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