CN112995725B - 一种动态改变视频编解码器编码速率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态改变视频编解码器编码速率的方法及装置，能够实现编码器的动态速率改变，最大限度利用无线信道提供的实时带宽。本发明将无线速率自适应算法决定的动态速率实时提供给视频编码器，用以动态改变视频编解码器编码速率，具体是将基于无线信道估计信息，由无线速率自适应算法决定的当前无线信道支持的最大速率，动态输出给视频编码器，视频编码器根据无线速率自适应算法输入的当前最大速率，动态改变其编码速率，实现编码器的动态速率改变，最大限度利用无线信道提供的实时带宽。

Description

一种动态改变视频编解码器编码速率的方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通讯和视频编码结合技术领域，具体涉及一种动态改变视频编解码器编码速率的方法及装置。

背景技术

传统的视频编码器编码速率是根据传输介质支持的最大速率，静态设定编码器速率，一旦设定，视频编码器即按此设置速率工作，不再改变。而无线信道是时变信道，其支持的最大速率在动态改变。

具体来说，现有的视频编解码技术及编码速率选择，由用户定义，是一种静态实现方式，即根据用户的选择的最大数据速率，由编码算法限制最大的视频编码速率，可以采用固定比特率或者可变比特率，可变比特率的上限以及固定比特率均为固定值；目前的视频编解码算法，可以设定最大占用速率，其最大占用速率的设置，由用户根据网络最大速率设置，一旦设定，无法动态调整；目前的编解码算法及其静态设定最大占用速率的方式，在非时变媒体如以太网等有线媒体，用户体验较好；但是对于802.11无线接入技术，其接入信道是时变信道，其最大传输速率是动态改变的，其最大传输速率由当前的调制方式决定，而调制方式是由速率自适应算法，根据当前的信道估计信息和误码率决定；目前的编解码算法及其静态设定最大占用速率的方式，在最大速率急剧改变的无线多媒体介质上传输，目前应用日益广泛。

但是，现有的视频编解码技术，采用了静态设定视频最大码流的方式，在通过无线媒体传输日益应用广泛的今天，用户经常会发现以下问题：

目前的视频编码技术，其最大传输速率静态设定的方式，在非时变媒体上工作较好，在动态改变的时变媒体上，目前的静态设定方式，无法适应最大传输速率动态改变的信道状况；当视频编解码选择较高的最大速率时，由于无线信道的快速时变效应，某些情况下，无线信道最大速率低于视频编码预先规定的最大数据速率，导致视频码流在空中接口传输过程中，视频码流的包到达延迟或被物理层丢弃，视频流出现卡顿，马赛克等效应，影响用户体验；当视频编解码选择低于无线信道最大速率的编码速率时，视频编码占用的带宽得到了降低，无线传输的带宽没有得到充分应用，由于受限于低码率，虽然出现卡顿，马赛克的几率降低，但视频的清晰度也相应降低，用户整体的体验欠缺。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种动态改变视频编解码器编码速率的方法及装置，能够实现编码器的动态速率改变，最大限度利用无线信道提供的实时带宽。

为实现上述目的，本发明的一种动态改变视频编解码器编码速率的方法，利用无线速率自适应算法，获得当前无线信道能够支持的最大传输速率的值，然后将当前无线信道能够支持的最大传输速率的值，以可改变的定时器间隔区间，提供给视频编码器作为视频编码器最大码流设置输入，其中，所述无线速率自适应算法为：根据输入的信道估计信息，动态决定当前的最大传输速率；所述当前无线信道基于无线信道估计信息决定；视频编码器根据从无线速率自适应算法获得的当前最大传输速率的值，动态设置其编码速率。

其中，所述当前的最大传输速率随定时器间隔动态改变，由无线系统传送至视频编码器。

其中，包括如下步骤：

步骤1，无线系统CPU从速率自适应算法缓存读取获得当前速率结果;

无线系统CPU向USB接口发送当前速率报文；

步骤2，视频编解码系统CPU获得当前速率报文；

视频编解码系统CPU根据获得的速率，设置视频编码器码率上限；

视频编解码系统CPU返回设置完成信息给无线系统CPU；

步骤3，无线系统CPU回复视频编解码CPU确认消息，启动定时器；

步骤4，视频编解码系统CPU获得无线系统CPU确认信息，启动定时器；

无线系统定时器超时时，返回重新执行步骤1-4。

其中，所述无线系统CPU为SOC CPU，所述视频编解码系统CPU为安卓CPU。

本发明还提供了一种动态改变视频编解码器编码速率的装置，包含当前传输速率读取模块、当前传输速率传送模块以及当前视频编码器速率设置模块；

其中，当前传输速率读取模块，会定时从无线速率自适应算法读取当前的最大传输速率值，其读取采样间隔，由无线速率自适应算法输出间隔决定；读取后获得的最大传输速率值和输出间隔值，根据输出间隔设置其发送间隔，由当前传输速率读取模块将最大速率值和输出间隔值转发至当前传输速率传送模块；其中，所述无线速率自适应算法为：根据输入的信道估计信息，动态决定当前的最大传输速率；

当前传输速率传送模块，根据从当前传输速率读取模块获得的输出间隔值，设置其发送间隔，定期将从当前传输速率读取模块获得的当前最大传输速率值和输出间隔值，通过物理媒介，直接转送至当前视频编码器速率设置模块；

当前视频编码器速率设置模块，根据从当前传输速率传送模块获得的输出间隔值，设置其视频编码器设置间隔，根据从当前传输速率传送模块获得的当前最大传输速率值，按照视频编码器设置间隔，实施其对视频编码器的速率设置。

有益效果

本发明将无线速率自适应算法决定的动态速率实时提供给视频编码器，用以动态改变视频编解码器编码速率，具体是将基于无线信道估计信息，由无线速率自适应算法决定的当前无线信道支持的最大速率，动态输出给视频编码器，视频编码器根据无线速率自适应算法输入的当前最大速率，动态改变其编码速率，实现编码器的动态速率改变，最大限度利用无线信道提供的实时带宽。以无线信道时变的调制方式动态改变编码器码流最大速率设定的方法，可以有效利用无线媒介的动态传输能力，解决视频卡顿、马赛克问题，并可在媒介允许的最大速率下最大化利用带宽，尽可能提高视频清晰度，改善用户体验。

附图说明

图1为本发明实现过程意图。

图2为本发明实施例实现过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

由于无线信道可支持的实时速率，由当前的调制方式决定，因此本发明方法提出将由信道估计和速率自适应算法决定的调制方式信息，定期输入视频编码器并动态设定其最大传输速率，可以解决目前信道速率变化带来的视频卡顿和马赛克问题，以及速率利用率不足的问题，随着时变无线信道提供的动态传输速率变化的视频编码器最大速率设定，可以最大化利用时变的信道传输速率，实时利用信道的速率传输能力，提供清晰的视频图像。具体原理分析如下：

信道估计信息（CSI），是各种无线通信技术用以评价无线信道状态的信息，一般在物理层实现。802.11通信协议的物理层（PHY），向上接入介质访问控制层（MAC），向下控制无线媒介，负责发送和接收由无线媒介传送的数据帧。物理层的信道估计信息，由物理层数字部分，根据对当前信道状态的评价而产生，用于指示当前的信道状况，并提供给速率自适应算法，以根据当前的信道状况，为物理层选择最优的调制速率，物理层在当前的信道状况下，以最低的误码率提供最大的传输速率，最大限度利用当前的信道能力，提供最高的频谱效率，减少重传。

时变的无线信道，会导致时变的传输速率，目前的视频编码算法，允许对视频编码过程中的最大速率进行控制，以保证编码后码流的比特数小于或等于传输信道的最大传输速率，并考虑视频压缩比和视频质量，使编码失真尽可能小。而目前的最大传输速率是静态配置而非动态可调的，会出现时变信道导致的传输速率不足导致的卡顿和马赛克问题，或最大带宽设置不足，当前的时变信道传输速率没有得到充分利用。

本发明提供了一种动态改变视频编解码器编码速率的方法，利用无线速率自适应算法，获得当前无线信道能够支持的最大传输速率的值，然后将当前无线信道能够支持的最大传输速率的值，以可改变的定时器间隔区间，提供给视频编码器作为视频编码器最大码流设置输入，其中，所述无线速率自适应算法为：根据输入的信道估计信息，动态决定当前的最大传输速率；所述当前无线信道基于无线信道估计信息决定；视频编码器根据从无线速率自适应算法获得的当前最大传输速率的值，动态设置其编码速率。

可见，本发明将信道估计和速率自适应算法决定的调制方式信息，以可改变的定时器间隔区间，提供给视频编码器作为视频编码器最大码流设置输入，并随定时器间隔动态改变，即将基于信道估计信息的802.11速率自适应算法决定的当前传输速率，视频编码器的速率将根据无线信道带所支持的最大速率不断变化而相应变化，实现视频编码速率和当前的无线信道能支持的最大速率实现最佳匹配，最大化利用无线信道提供的实时带宽。

进一步地，所述当前的最大传输速率随定时器间隔动态改变，由无线系统传送至视频编码器。

本发明实现过程如图1所示，其实现步骤如下：

假设802.11速率自适应算法决定的当前空中接口速率，为7.2Mbps，本发明包括如下步骤：

步骤1，无线系统CPU从速率自适应算法缓存读取获得当前速率结果，如7.2Mbps;

无线系统CPU向USB接口发送当前速率报文；

步骤2，视频编解码系统CPU获得当前速率报文；

视频编解码系统CPU根据获得的速率7.2Mbps，设置视频编码器码率上限为7.2Mbps；

视频编解码系统CPU返回设置完成信息给无线系统CPU;

步骤3，无线系统CPU回复视频编解码CPU确认消息，启动定时器；

步骤4，视频编解码系统CPU获得无线系统CPU确认信息，启动定时器；

无线系统定时器超时时，返回重新执行步骤1-4。

802.11主流的ASIC芯片或FPGA物理层（PHY）寄存器会定时向介质访问控制层（MAC）定时发送当前的信道估计信息(CSI)，802.11的速率自适应算法，会利用信道估计信息结合其他因素，决定当前的最大传输速率，目前，最大传输速率信息仅仅停留在802.11硬件内，并没有向外界提供。本发明将802.11系统的最大传输速率信息，通过USB高速接口，提供给视频编码器，用于设置视频编码器的最大码流，视频编码器根据定时收到的调制方式信息，实时调整其视频编码器最大码流设置，具体实现举例如下：

802.11系统使用SOC芯片，其物理层的信道状态信息，可以通过物理层（PHY）寄存器向寄存器会定时向介质访问控制层（MAC）层提供信道估计信息，接入控制算法根据信道估计信息结合其他因素，决定当前的最大传输速率，通过软件接口模块，将此信息送至USB接口，送至基于安卓的视频编码器，算法如下，如图2所示，包括如下步骤：

步骤1，SOC CPU从速率自适应算法缓存读取获得当前速率结果，如7.2Mbps;

SOC CPU软件接口模块向USB接口发送当前速率报文；

步骤2，安卓视频编码器接口模块从CPU获得当前速率报文；

安卓视频编码器接口模块向安卓CPU报送当前速率报文；

安卓CPU根据获得的速率7.2Mbps，设置视频编码器码率上限为7.2Mbps；

安卓CPU向安卓视频编码器接口模块返回设置完成信息;

步骤3，SOC CPU软件接口模块从USB接收到设置完成信息；

SOC CPU软件接口模块向SOC CPU报送设置完成信息；

收到设置完成信息，SOC CPU向SOC CPU软件接口模块回复确认消息，并启动定时器；

SOC CPU软件接口模块向USB发送确认信息；

步骤4，安卓视频编码器接口模块从USB收到确认信息；

安卓视频编码器接口模块将确认信息报送安卓CPU;

安卓CPU从安卓视频编码器接口模块收到确认信息后，启动定时器；

SOC定时器超时时，返回重新执行步骤1-4。

本发明还提供了一种动态改变视频编解码器编码速率的装置，包含当前传输速率读取模块、当前传输速率传送模块以及当前视频编码器速率设置模块；

其中，当前传输速率读取模块，会定时从无线速率自适应算法读取当前的最大传输速率值，其读取采样间隔，由无线速率自适应算法输出间隔决定。读取后获得的最大传输速率值和输出间隔值，根据输出间隔设置其发送间隔，由当前传输速率读取模块将最大速率值和输出间隔值转发至当前传输速率传送模块。其中，所述无线速率自适应算法为：根据输入的信道估计信息，动态决定当前的最大传输速率。

当前传输速率传送模块，根据从当前传输速率读取模块获得的输出间隔值，设置其发送间隔，定期将从当前传输速率读取模块获得的当前最大传输速率值和输出间隔值，通过物理媒介，直接转送至当前视频编码器速率设置模块。

当前视频编码器速率设置模块，根据从当前传输速率传送模块获得的输出间隔值，设置其视频编码器设置间隔，根据从当前传输速率传送模块获得的当前最大传输速率值，按照视频编码器设置间隔，实施其对视频编码器的速率设置。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种动态改变视频编解码器编码速率的方法，其特征在于，利用无线速率自适应算法，获得当前无线信道能够支持的最大传输速率的值，然后将当前无线信道能够支持的最大传输速率的值，以可改变的定时器间隔区间，提供给视频编码器作为视频编码器最大码流设置输入，其中，所述无线速率自适应算法为：根据输入的信道估计信息，动态决定当前的最大传输速率；所述当前无线信道基于无线信道估计信息决定；视频编码器根据从无线速率自适应算法获得的当前最大传输速率的值，动态设置其编码速率；

所述当前的最大传输速率随定时器间隔动态改变，由无线系统传送至视频编码器。

2.如权利要求1所述的动态改变视频编解码器编码速率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，无线系统CPU从速率自适应算法缓存读取获得当前速率结果;

无线系统CPU向USB接口发送当前速率报文；

步骤2，视频编解码系统CPU获得当前速率报文；

视频编解码系统CPU根据获得的速率，设置视频编码器码率上限；

视频编解码系统CPU返回设置完成信息给无线系统CPU；

步骤3，无线系统CPU回复视频编解码CPU确认消息，启动定时器；

步骤4，视频编解码系统CPU获得无线系统CPU确认信息，启动定时器；

无线系统定时器超时时，返回重新执行步骤1-4。

3.如权利要求2所述的动态改变视频编解码器编码速率的方法，其特征在于，所述无线系统CPU为SOC CPU，所述视频编解码系统CPU为安卓CPU。

4.一种动态改变视频编解码器编码速率的装置，其特征在于，包含当前传输速率读取模块、当前传输速率传送模块以及当前视频编码器速率设置模块；

其中，当前传输速率读取模块，会定时从无线速率自适应算法读取当前的最大传输速率值，其读取采样间隔，由无线速率自适应算法输出间隔决定；读取后获得的最大传输速率值和输出间隔值，根据输出间隔设置其发送间隔，由当前传输速率读取模块将最大速率值和输出间隔值转发至当前传输速率传送模块；其中，所述无线速率自适应算法为：根据输入的信道估计信息，动态决定当前的最大传输速率；

当前传输速率传送模块，根据从当前传输速率读取模块获得的输出间隔值，设置其发送间隔，定期将从当前传输速率读取模块获得的当前最大传输速率值和输出间隔值，通过物理媒介，直接转送至当前视频编码器速率设置模块；

当前视频编码器速率设置模块，根据从当前传输速率传送模块获得的输出间隔值，设置其视频编码器设置间隔，根据从当前传输速率传送模块获得的当前最大传输速率值，按照视频编码器设置间隔，实施其对视频编码器的速率设置。

Images