CN110337026A - 一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法 - Google Patents

一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，基于广域网实现数据传输，云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干手机，设备端设有丢包重发的重发缓冲区，手机上安装与设备对应的APP，包括步骤：设备采集视频图像，用H.264编码器进行压缩编码后，用多路转发器通过云对讲协议发送到手机APP，发送失败的数据缓存到重发缓冲区；视频码率自适应控制模块定时读取重发缓冲区的充满度值，取最大值判断网络状况，并根据结果重设实时视频码率。本发明根据网络拥塞情况实现视频码率实时调整，使其接近但不超过广域网实时带宽，既可最大程度地利用网络带宽，又可避免因网络拥塞引起手机的APP视频延时卡顿。

Description

一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法
技术领域
本发明涉及数据传输领域，特别是指一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法。
背景技术
在智慧社区的云对讲系统中，智能门禁设备可通过广域网与手机APP进行可视对讲。但是广域网实际网络带宽会随时间动态变化。使用单一码率进行视频压缩传输有如下缺点：当视频码率小于实际网络带宽时，手机APP接收播放的视频画质会较差；而当视频码率大于实际网络带宽时，手机APP接收播放的视频又会出现卡顿现象。
现有的技术方案中，TCP协议采用加性增乘性减（AIMD）的算法来实现网络拥塞控制。加性增的思想是，当检测到网络无拥塞（即收到未确认的数据的ACK包）时，每收到一个ACK包就把拥塞窗口值（CongWin）增加一个MSS*(MSS/CongWin)（其中MSS表示最大报文段长度）；乘性减的思想是，当发生丢包的事件时，拥塞窗口每次减为上次的一半。该拥塞控制协议的类线性增长阶段被称为避免拥塞阶段。在网络传输过程中，拥塞窗口值会重复的经历一个升降循环，即重复的类线性增长又突然降至一半，所以拥塞窗口的变化是锯齿状的。使用加性增乘性减的拥塞控制算法的好处是：当网络好的情况下，简单的类线性的增加传输码率，直到发生网络包丢失时才停止增加，这样码率的增加较慢，可实现谨慎探测可用带宽；遇到拥塞的情况时，乘性的减少码率，这样码率的减少较快，可避免网络包持续丢失。用这个拥塞控制算法加上丢包重发机制，可实现较高的网络带宽利用率。而且，如果一个设备有多个使用加性增乘性减控制的TCP流，这些流最终会收敛到对线路的等量竞争使用状态。
上述技术方案无法直接用于广域网视频传输码率控制。当视频数据在实际广域网传输中，会遇到复杂多变的网络状况，上述技术方案对视频码率的调整欠缺针对性和灵活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，能根据网络拥塞状况对视频码率进行实时调整，最大限度利用网络带宽，避免手机APP视频卡顿。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，基于广域网实现数据传输，所述云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干台手机，设备端设置有用于实现丢包重发的重发缓冲区，手机上安装有与设备对应的APP，包括以下步骤：
步骤1、设备实时采集视频图像，用H.264编码器对视频图像进行压缩编码，然后将压缩数据用多路转发器通过云对讲协议发送到各台手机的APP中，没有发送成功的压缩数据缓存到重发缓冲区中；
步骤2、视频码率自适应控制模块每隔T时间读取一次每一路的重发缓冲区的充满度值，进行判断每一路的网络拥塞状况：当F＜Fmin时，网络空闲；当Fmin≤F≤Ffull时，网络满载；当F＞Ffull时，网络轻微拥塞；当F≥Fblink时，网络中度拥塞；当F＜Fblink时，网络从中度拥塞中恢复；当F≥Fstop时，网络严重拥塞；当F＜Fstop时，网络从严重拥塞中恢复；当F≥Fstop且F连续N1次递增或连续N2次F≥Ffullstop时，网络极度拥塞；其中，T、Fmin、Ffull、Fblink、Fstop、Ffullstop、N1和N2均为常数，且Fmin＜Ffull＜Fblink＜Fstop＜Ffullstop；
步骤3、视频码率自适应控制模块根据步骤2中读取的充满度值中的最大值，进行判断整体的网络拥塞状况，计算并重新设置H.264编码器的实时视频码率R，该实时视频码率R调整的范围为[Rmin，Rmax]：当网络空闲时，R=min｛（R+AIRmax），Rmax｝；当网络满载时，R=｛（R+AIRmin），Rmax｝；当网络轻微拥塞时，R=max｛（α×R），Rmin｝；其中Rmin、Rmax、AIRmax、AIRmin和α均为常数；
步骤4、针对每一路的网络拥塞状况，当网络中度拥塞时，每隔T时间切换一次多路转发器的视频停止发送/启动发送状态，即间歇性发送视频；当网络从中度拥塞中恢复时，停止间歇性发送视频，该路按照实时视频码率R持续发送视频；当网络严重拥塞时，停止该路的视频发送；当网络从严重拥塞中恢复时，重新启动该路的视频发送；当网络极度拥塞时，完全关闭该路的视频发送，直到这次对讲或监视结束。
所述步骤1中，设备为智能门禁设备的摄像头。
所述步骤2中，T=750ms，Fmin=0.01，Ffull=0.02，Fblink=0.0425，Fstop=0.065，Ffullstop=0.085，N1=5，N2=5。
所述步骤3中，Rmin=240kbps，Rmax=800kbps，AIRmax=24kbps，AIRmin=10kbps，α=0.80。
所述步骤3中，当某路视频开启发送时，H.264编码器把下一帧强制编成IDR帧。
采用上述方法后，本发明可实现根据网络拥塞情况实现对视频码率进行调整，使视频码率接近但不超过广域网实时带宽，这样既可最大程度地利用网络带宽，又可避免因网络拥塞引起手机的APP视频延时卡顿。
附图说明
图1为本发明具体实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
参考图1所示，本发明为一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，基于广域网实现数据传输，上述云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干台手机，设备端设置有用于实现丢包重发的重发缓冲区，手机上安装有与设备对应的APP，包括以下步骤：
步骤1、设备实时采集视频图像，用H.264编码器对视频图像进行压缩编码，然后将压缩数据用多路转发器（转发路数≥1）通过云对讲协议发送到各台手机的APP中，没有发送成功的压缩数据缓存到重发缓冲区中。
步骤2、视频码率自适应控制模块每隔T时间读取一次每一路的重发缓冲区的充满度值，进行判断每一路的网络拥塞状况：当F＜Fmin时，网络空闲；当Fmin≤F≤Ffull时，网络满载；当F＞Ffull时，网络轻微拥塞；当F≥Fblink时，网络中度拥塞；当F＜Fblink时，网络从中度拥塞中恢复；当F≥Fstop时，网络严重拥塞；当F＜Fstop时，网络从严重拥塞中恢复；当F≥Fstop且F连续N1次递增或连续N2次F≥Ffullstop时，网络极度拥塞；其中，T、Fmin、Ffull、Fblink、Fstop、Ffullstop、N1和N2均为常数，根据用户的需求设置，且Fmin＜Ffull＜Fblink＜Fstop＜Ffullstop。
步骤3、视频码率自适应控制模块根据步骤2中读取的充满度值中的最大值，进行判断整体的网络拥塞状况，计算并重新设置H.264编码器的实时视频码率R，该实时视频码率R调整的范围为[Rmin，Rmax]：当网络空闲时，R=min｛（R+AIRmax），Rmax｝，速率按常量AIRmax增加；当网络满载时，R=｛（R+AIRmin），Rmax｝，速率按AIRmin试探性的增加；当网络轻微拥塞时，R=max｛（α×R），Rmin｝，采用乘性因子α快速降低视频码率；其中Rmin、Rmax、AIRmax、AIRmin和α均为常数，根据用户的需求设置；
步骤4、针对每一路的网络拥塞状况，当网络中度拥塞时，每隔T时间切换一次该路对应的多路转发器的视频停止发送/启动发送状态（视频码率自适应控制模块控制多路转发器的输出脚禁止/使能某路视频的发送），即间歇性发送视频，这样实际视频码率只有设定值的一半，可以缓解网络拥塞状况；当网络从中度拥塞中恢复时，停止间歇性发送视频，该路按照实时视频码率R持续发送视频；当网络严重拥塞时，停止该路的视频发送；当网络从严重拥塞中恢复时，重新启动该路的视频发送；当网络极度拥塞时，完全关闭该路的视频发送，以优先保证信令和音频数据的传输，直到这次对讲或监视结束。
上述步骤1中的设备为智能门禁设备的摄像头。
上述步骤2中，T=750ms，Fmin=0.01，Ffull=0.02，Fblink=0.0425，Fstop=0.065，Ffullstop=0.085，N1=5，N2=5。
上述步骤3中，Rmin=240kbps，Rmax=800kbps，AIRmax=24kbps，AIRmin=10kbps，α=0.80。
上述步骤3中，当某路视频开启发送时，H.264编码器把下一帧强制编成IDR帧，从而不影响手机的APP实时视频接收解码显示。
上述广域网可以是有线连接，也可以是WiFi、4G等无线连接。
通过上述方法，本发明可实现根据网络拥塞情况实现对视频码率进行调整，使视频码率接近但不超过广域网实时带宽，这样既可最大程度地利用网络带宽，又可避免因网络拥塞引起手机的APP视频延时卡顿。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (5)

1.一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，其特征在于：基于广域网实现数据传输，所述云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干台手机，设备端设置有用于实现丢包重发的重发缓冲区，手机上安装有与设备对应的APP，包括以下步骤：
步骤1、设备实时采集视频图像，用H.264编码器对视频图像进行压缩编码，然后将压缩数据用多路转发器通过云对讲协议发送到各台手机的APP中，没有发送成功的压缩数据缓存到重发缓冲区中；
步骤2、视频码率自适应控制模块每隔T时间读取一次每一路的重发缓冲区的充满度值，进行判断每一路的网络拥塞状况：当F＜Fmin时，网络空闲；当Fmin≤F≤Ffull时，网络满载；当F＞Ffull时，网络轻微拥塞；当F≥Fblink时，网络中度拥塞；当F＜Fblink时，网络从中度拥塞中恢复；当F≥Fstop时，网络严重拥塞；当F＜Fstop时，网络从严重拥塞中恢复；当F≥Fstop且F连续N1次递增或连续N2次F≥Ffullstop时，网络极度拥塞；其中，T、Fmin、Ffull、Fblink、Fstop、Ffullstop、N1和N2均为常数，且Fmin＜Ffull＜Fblink＜Fstop＜Ffullstop；
步骤3、视频码率自适应控制模块根据步骤2中读取的充满度值中的最大值，进行判断整体的网络拥塞状况，计算并重新设置H.264编码器的实时视频码率R，该实时视频码率R调整的范围为[Rmin，Rmax]：当网络空闲时，R=min｛（R+AIRmax），Rmax｝；当网络满载时，R=｛（R+AIRmin），Rmax｝；当网络轻微拥塞时，R=max｛（α×R），Rmin｝；其中Rmin、Rmax、AIRmax、AIRmin和α均为常数；
步骤4、针对每一路的网络拥塞状况，当网络中度拥塞时，每隔T时间切换一次多路转发器的视频停止发送/启动发送状态，即间歇性发送视频；当网络从中度拥塞中恢复时，停止间歇性发送视频，该路按照实时视频码率R持续发送视频；当网络严重拥塞时，停止该路的视频发送；当网络从严重拥塞中恢复时，重新启动该路的视频发送；当网络极度拥塞时，完全关闭该路的视频发送，直到这次对讲或监视结束。
2.如权利要求1所述的一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，其特征在于：所述步骤1中，设备为智能门禁设备的摄像头。
3.如权利要求1所述的一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，其特征在于：所述步骤2中，T=750ms，Fmin=0.01，Ffull=0.02，Fblink=0.0425，Fstop=0.065，Ffullstop=0.085，N1=5，N2=5。
4.如权利要求1所述的一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，其特征在于：所述步骤3中，Rmin=240kbps，Rmax=800kbps，AIRmax=24kbps，AIRmin=10kbps，α=0.80。
5.如权利要求1所述的一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，其特征在于：所述步骤3中，当某路视频开启发送时，H.264编码器把下一帧强制编成IDR帧。
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巴洪涛: "《DVS系统RTSP服务器软件设计与实现》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

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