CN112839240A

CN112839240A - 一种基于视频流的带宽探测方法与系统

Info

Publication number: CN112839240A
Application number: CN202011621068.3A
Authority: CN
Inventors: 陈锋; 林圣威
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112839240B

Abstract

本发明提供了一种基于视频流的带宽探测方法，具体包括以下步骤：将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送；通过计算视频流的接收时刻预测带宽。本发明可以直接避免传送额外的带宽探测流量，避免对正常的视频流传输造成影响。

Description

一种基于视频流的带宽探测方法与系统

技术领域

本发明涉及无线网络技术领域，特别是一种基于视频流的带宽探测方法与系统。

背景技术

近年来，随着无线网络技术的快速发展，流媒体业务迅速崛起。提供高质量的流媒体服务是行业应用追求的目标。但是，网络传输中的传输带宽是动态变化的。尤其是无线网络，在用户的移动下，网络的带宽时刻会发生变化。如何在动态变化的网络带宽下提供高质量的视频服务是解决高质量视频传输的难点。

在动态变化的网络带宽下提供高质量的视频服务首要任务是准确预测动态变化的网络带宽。然后才可以根据动态变化的带宽适变流媒体码流，以达到更好的视频质量。预测带宽，传统的方法通常会通过发送额外的带宽探测流，比如iperf网络带宽探测工具，需要发送大量的码流去探测带宽。通常需要发送的码流会超过网络的带宽才可以准确测量出实际带宽。这种带宽探测方法会直接造成网络拥塞，直接影响到正常的视频流业务。即，为了获得带宽反而影响了正常的视频流传送。当然，国际上也有一些学者提出基于pachChirp的网络带宽探测方法，可以减小发送的流量。但是，这些方法都需要发送额外的流量进行带宽探测。会影响正常的视频流业务。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于视频流的带宽探测方法与系统，可以直接避免传送额外的带宽探测流量，避免对正常的视频流传输造成影响。

本发明采用以下方案实现：一种基于视频流的带宽探测方法，具体包括以下步骤：

将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送；

通过计算视频流的接收时刻预测带宽。

进一步地，所述将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送具体包括以下步骤：

将视频帧拆分打包成多个大小为最大传输单元MTU的数据报文；

计算第m帧对应的发包间隔因子T_m；

将拆分好的视频报文以T_mr^N-n为间隔并按照chirp包序列的形式发送到链路中；其中，r为发包增加因子，N为一个chirp包中的报文个数，n表示当前报文在chirp中的序号。

进一步地，所述计算第m帧对应的发包间隔因子T_m具体为：

通过RLS算法获得发送第m帧时链路的预测带宽值BMP^m+1；

第m帧对应的发包间隔因子T_m的计算公式为：

进一步地，在发送报文时，在报文包头中附上每个报文的发送时间t_send。

进一步地，所述通过计算视频流的接收时刻预测带宽具体包括以下步骤：

计算chirp中每个报文对应的带宽值；

通过加权平均算法计算出chirp对应的真实链路带宽值。

进一步地，所述计算chirp中每个报文对应的带宽值具体包括以下步骤：

根据报文端到端时延变化q_i获取chirp中报文的端到端时延变化信息d_i；

定义在一个端到端时延从极低处上升至极高处，又从极高处下降至极低处的报文区间为抖动区间，将抖动区间第一个报文的发送速率定义为v_d1，抖动区间最后一个报文的发送速率定义为v_d2，将抖动区间内所有报文对应的带宽值E_i设置为：

定义端到端时延持续增大至chirp最后一个报文的区间为偏移区间，将偏移区间的第一个报文的发送速率定义为v_l，并将偏移区间内所有报文对应的带宽值E_i设置为：

E_i＝v_l；

将不属于抖动区间及偏移区间的所有报文对应的带宽值E_i设置为其本身的发送速率v_i，即：

E_i＝v_i。

进一步地，所述获取chirp中报文的端到端时延变化信息d_i具体为：

在接收到视频流报文后，通过报文包头获取报文i的发送时间t_send，并记录报文i的接收时间t_recv；

计算出报文i的端到端时延q_i＝t_send-t_recv；

若q_i＞q_i+1，则d_i＝0，若q_i＜q_i+1，则d_i＝1；

通过N个报文可以获取N-1个端到端时延变化信息。

进一步地，所述通过加权平均算法计算出chirp对应的真实链路带宽值BW具体采用下式：

式中，E_i为第i个报文对应的宽带值大小，Δ_i为第i个报文对应的发送间隔。

本发明还提供了一种基于视频流的带宽探测系统，包括视频流发送端，所述视频流发送端进行的步骤如下：将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送。

本发明还提供了一种基于视频流的带宽探测系统，其特征在于，包括视频流接收端，所述视频流接收端进行的步骤如下：通过计算视频流的接收时刻预测带宽。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明直接基于传送的视频流，通过对需要传送的视频流进行报文封装和发送间隔设置预测发送端和接收端之间的传送带宽。所发明的方法可以直接避免传送额外的带宽探测流量，避免对正常的视频流传输造成影响。经实验验证，所发明方法带宽预测准确。

附图说明

图1为本发明实施例的原理示意图。

图2为本发明实施例的chirp模型图。

图3为本发明实施例的报文端到端时延变化信息图。

图4为图3中报文端到端时延变化信息对应的报文端到端时延变化图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种基于视频流的带宽探测方法，具体包括以下步骤：

通过计算视频流的接收时刻预测带宽。

在本实施例中，所述将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送具体包括以下步骤：

计算第m帧对应的发包间隔因子T_m；

将拆分好的视频报文以T_mr^N-n为间隔并按照chirp包序列的形式发送到链路中；其中，r为发包增加因子，N为一个chirp包中的报文个数，n表示当前报文在chirp中的序号。其中，每个视频帧被拆分为若干个chirp，chirp模型如图2所示，其中本实施例将chirp中报文个数N设定为10，发包增加因子r设定为1.2。

在本实施例中，所述计算第m帧对应的发包间隔因子T_m具体为：

通过RLS算法获得发送第m帧时链路的预测带宽值BMP^m+1；

第m帧对应的发包间隔因子T_m的计算公式为：

报文的发送间隔为T_mr^N-n，即报文对应的发送速率为

在本实施例中，在发送报文时，在报文包头中附上每个报文的发送时间t_send。

在本实施例中，所述通过计算视频流的接收时刻预测带宽具体包括以下步骤：

计算chirp中每个报文对应的带宽值；

通过加权平均算法计算出chirp对应的真实链路带宽值。

在本实施例中，所述计算chirp中每个报文对应的带宽值具体包括以下步骤：

根据报文端到端时延变化q_i获取chirp中报文的端到端时延变化信息d_i；其中端到端时延变化信息d_i如图3所示；报文端到端时延变化信息d_i对应的端到端时延变化q_i如图4所示。

E_i＝v_l；

E_i＝v_i。

在本实施例中，所述获取chirp中报文的端到端时延变化信息d_i具体为：

计算出报文i的端到端时延q_i＝t_send-t_recv；

若q_i＞q_i+1，则d_i＝0，若q_i＜q_i+1，则d_i＝1；

通过N个报文可以获取N-1个端到端时延变化信息。

在本实施例中，所述通过加权平均算法计算出chirp对应的真实链路带宽值BW具体采用下式：

本实施例还提供了一种基于视频流的带宽探测系统，包括视频流发送端，所述视频流发送端进行的步骤如下：将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送。

本实施例还提供了一种基于视频流的带宽探测系统，其特征在于，包括视频流接收端，所述视频流接收端进行的步骤如下：通过计算视频流的接收时刻预测带宽。

具体的，在发送端，采用视频流发送模块将视频流传送至带宽探测发送端模块。带宽探测模块将视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔对视频流报文进行发送。在接收端，带宽探测模块接收视频流报文，通过计算视频流的接收时刻预测带宽。带宽探测接收端模块处理完后将报文传送至视频流接收模块，完成整个视频流的传送。

特别的，对于宽带的预测计算也可在发送端进行，此时接收端通过接收到的视频流计算出报文端到端的时延变化信息d_i后，将d_i反馈值发送端用于宽带测量计算。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过计算视频流的接收时刻预测带宽。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，所述将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送具体包括以下步骤：

计算第m帧对应的发包间隔因子T_m；

3.根据权利要求2所述的一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，所述计算第m帧对应的发包间隔因子T_m具体为：

通过RLS算法获得发送第m帧时链路的预测带宽值BMP^m+1；

第m帧对应的发包间隔因子T_m的计算公式为：

4.根据权利要求2所述的一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，在发送报文时，在报文包头中附上每个报文的发送时间t_send。

5.根据权利要求1所述的一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，所述通过计算视频流的接收时刻预测带宽具体包括以下步骤：

计算chirp中每个报文对应的带宽值；

通过加权平均算法计算出chirp对应的真实链路带宽值。

6.根据权利要求5所述的一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，所述计算chirp中每个报文对应的带宽值具体包括以下步骤：

根据报文端到端时延变化q_i获取chirp中报文的端到端时延变化信息d_i：

E_i＝v_l；

E_i＝v_i。

7.根据权利要求6所述的一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，所述获取chirp中报文的端到端时延变化信息d_i具体为：

计算出报文i的端到端时延q_i＝t_send-t_recv；

若q_i＞q_i+1，则d_i＝0，若q_i＜q_i+1，则d_i＝1；

通过N个报文可以获取N-1个端到端时延变化信息。

8.根据权利要求5所述的一种基于视频流的带宽探测方法，其特征在于，所述通过加权平均算法计算出chirp对应的真实链路带宽值BW具体采用下式：

9.一种基于视频流的带宽探测系统，其特征在于，包括视频流发送端，所述视频流发送端进行的步骤如下：将待发送的视频流按照视频帧分成多个报文，每个报文之间设置一定的发送间隔，对视频流报文进行发送。

10.一种基于视频流的带宽探测系统，其特征在于，包括视频流接收端，所述视频流接收端进行的步骤如下：通过计算视频流的接收时刻预测带宽。