CN1909500A - 一种保证媒体接收端服务质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保证媒体接收端服务质量的方法，其主要的处理特征就是：一方面是一直监测上层接口是否接收到媒体数据包，并把接收到的正确的媒体数据包放入抖动缓冲区内；另一方面按预定的时钟周期从抖动缓冲区输出数据。根据期望数据包的到达情况不同，把延时阈值分为两部分：每个媒体数据包都需要的延时Delay和在期望数据包没有到达时另外增加的延时LostDelay，为了使得整体延时最小，还可以加上动态调整Delay的过程。本发明由于把延时阈值分成两个部分，这样就可以灵活使用延时阈值。其次，Delay还可以根据当前网络状态动态调整，以减小整体延时，这样就可以有效地避免突发抖动带来的影响。

Description

一种保证媒体接收端服务质量的方法

技术领域

本发明涉及一种在复杂的网络情况下保证媒体接收端的服务质量(Quality of Service，QoS)的处理方法，具体涉及一种消除网络上的乱序、抖动、延时等因素对媒体接收端的影响的方法。

背景技术

在Internet上传输实时媒体数据(音频，视频)已经成为互联网多媒体应用的一项重要组成部分。由于TCP(Transfer Control Protocol，传输控制协议)需要较多的开销，故不太适合传输实时媒体数据。在实际应用中一般是使用UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)来传输实时媒体数据。但是，UDP提供的是一种不可靠、无连接数据报交换服务。基于UDP的传输可能会出现数据的丢失、重复或乱序到达的现象。为了消除上述因素对媒体接收端的影响，最大程度的保证接收端的服务质量，就必须对接收到的媒体数据进行相应的QoS(Quality of Services，服务质量)处理。

传统的QoS处理方法就是使用一个抖动缓冲区(jitter buffer)，如图1所述。当接收开始时，接收端需要延时一段时间(这段时间称为延时阈值)，在缓冲区中放置输入数据。当缓冲区中的数据达到这个预先定义的延时阈值之后，开始输出。

在数据放入缓冲区的过程中，一般方法是使用一个排序队列，但是使用排序队列有以下的缺陷：首先是队列的插入和删除操作比较复杂，其次必须为每路媒体建立一个排序队列，这样相同的处理就需要在多处实现。

另一方面，在传统的输出处理过程中，延时阈值是一个固定的值，在实现过程中，对于这个固定的阈值的选择是数据丢失和延时之间的权衡，如果阈值太小，较小的抖动就会产生丢包，而阈值太大，又会增加整体的延时。在专利CN03125107“用数据包的序号进行排序以消除其抖动延时的方法”和专利CN03125108“用RTP数据包的时戳进行排序以消除其抖动延时的方法”中共同提到一种动态调整延时的方法，它首先根据数据包的时戳和数据包到达的时间和第一个到达数据包的时戳和到达的时间来计算当前的抖动情况，然后根据这个抖动计算延时深度以调整延时。由于它在计算抖动时，都是和第一个数据包比较，所以它计算出的抖动是一个平均值，抵抗不了瞬间非常大的抖动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种保证媒体接收端服务质量的方法，可以消除网络上的乱序、抖动、延时等因素对媒体接收端的影响，保证媒体接收端服务质量。其主要的处理特征就是：一方面是一直监测上层接口是否接收到媒体数据包，并把接收到的正确的媒体数据包放入抖动缓冲区内；另一方面按预定的时钟周期从抖动缓冲区输出数据。两个过程相互独立。

本发明包括下列步骤：

第一步、设定抖动缓冲区相关参数，主要包括：可使用的最小Delay、可使用的最大Delay、LostDelay，并为此媒体分配一个全局唯一的ID；

第二步、将媒体数据包放入抖动缓冲区内，一直监测上层接口是否接收到新的媒体数据包，如果接收到了正确的媒体数据包，则放入抖动缓冲区。从上层接口接收到的媒体数据包一般都是包含有RTP(Real-time Transfer Protocol，实时传输协议)头部信息，在RTP包头中的有一个序号(Seq)字段，它能够标识出媒体数据包发送端发送次序，因此可以按照Seq字段对媒体数据包排序，如果从上层接口到的媒体数据包不包含RTP头部信息，也可以按照其他能够标识出媒体数据包发送端发送次序的字段进行排序。

该步骤又分为2个步骤：

2.1、放入第一个有效媒体数据包，在上层接口接收到新的媒体数据包时执行2.2；

2.2首先根据当前要放入媒体数据包的序号与期望媒体数据包序号的差值，得到媒体数据包放入的存储位置，然后把这个媒体数据包放入抖动缓冲区，最后等待上层接口接收到新的媒体数据包时执行2.2。

第三步、从抖动缓冲区输出媒体数据。定时检测是否有媒体数据包可以从抖动缓冲区输出。输出的标准判断期望媒体数据包的延时是否达到延时阈值。一般是通过RTP包头中的时戳来判断。如果媒体数据包没有时戳字段，也可以根据序号或其他有序字段人为构造时戳。同时根据期望媒体数据包的到达情况不同，把延时阈值分为两部分：每个媒体数据包都需要的延时(Delay)和在期望媒体数据包没有到达时另外增加的延时(LostDelay)。

该步骤又分为4个步骤：

3.1、判断缓冲区内是否有媒体数据包，如果缓冲区内有媒体数据包，则转到3.2，否则在下一个时钟周期到达时执行3.1；

3.2、判断期望媒体数据包是否已经到达，如果已经到达，则转到3.3，否则转到3.4；

3.3、媒体数据包延时Delay后输出；然后等待下一个时钟周期到达时执行3.1；

3.4、启用LostDelay，媒体数据包延时Delay+LostDelay后输出，然后等待下一个时钟周期到达时执行3.1；

3、动态调整Delay；

为了使得整体延时最小，还可以加上动态调整Delay的过程。当然这是一个可选的步骤，如果应用中不需要动态调整Delay，则不必执行这个步骤。当然，如果需要动态调整延时，这个调整过程，既可以在输出前实现，也可以在输出后作为第四步实现。

该步骤又分为三个步骤：

Delay1、计算抖动缓冲区中第一个有效媒体数据包和最后一个有效媒体数据包的时戳差Ts_Diff，和两个连续媒体数据包之间的时戳差DeltaTs；

Delay2、比较Ts_Diff和Delay的大小，如果Ts_Diff＞Delay+DeltaTs，则立即增加Delay，增加幅度为Ts_Diff-DeltaTs，否则转到Delay 3；

Delay3、如果在相当长的一段连续时间内，Ts_Diff＜＝Delay+DeltaTs都成立，则减小固定时间的Delay。

本发明所述保证媒体接收端服务质量的方法与传统方法相比，有以下几处优点：首先，由于延时阈值的大小直接影响的是整体延时和丢包。所以把延时阈值分成两个部分：Delay和LostDelay，这样就可以灵活使用延时阈值。其次，Delay还可以根据当前网络状态动态调整，以减小整体延时，而且用于调整判断的数据都是抖动缓冲区内最新数据，这样计算出来的网络状况就想到于当前时刻的网络状况，对于突发性的抖动也能做出迅速的调整，这样就可以有效地避免突发抖动带来的影响。

附图说明

图1是补偿抖动的抖动缓冲区的概念组织图，缓冲区内存储Delay时间单位的数据。

图2是将媒体数据包放入抖动缓冲区内的流程图。

图3是从抖动缓冲区输出数据流程图。

具体实施方式

本发明的一个实施例如图2，图3所述。主要包括设定抖动缓冲区相关参数、将媒体数据包放入缓冲区、从抖动缓冲区输出数据3个部分。实施过程中，把动态调整Delay放在从抖动缓冲区输出数据部分中实现。当然也可以把动态调整Delay的过程放在从抖动缓冲区输出数据部分后面作为一个单独的部分来实现。

A、设定抖动缓冲区相关参数

抖动缓冲区是静态分配的，当一路媒体需要使用抖动缓冲区时，必须设定抖动缓冲区的相关参数，主要包括：可使用的最小Delay、可使用的最大Delay、LostDelay，并为此媒体分配一个全局唯一的ID；

B、将媒体数据包放入抖动缓冲区内，

因为接收的媒体数据包具有RTP头部信息，因此可以按照RTP包头中的序号(Seq)字段对媒体数据包进行排序，在排序过程中可以消除网络上的重复包，乱序包。实施中的上层接口是从网口接收媒体数据包，如果接收到正确的媒体数据包，则放入抖动缓冲区。图2中描述了将媒体数据包放入抖动缓冲区的流程。

该步骤又分为四个步骤：

B1.判断是否为第一个媒体数据包，如果是第一个媒体数据包，就把这个包放入抖动缓存区，然后等待上层接口接收到新的媒体数据包时执行B2；

B2.判断待放入的媒体数据包的时戳或序号是否发生突变，如果发生了突变，则设定此媒体数据包为第一个媒体数据包，并转到B1，否则转到B3；

B3.计算待放入的媒体数据包的应该插入缓冲区的位置，如果此位置小于当前待输出的位置，则表示此媒体数据包来晚了，丢弃此媒体数据包，然后等待上层接口接收到新的媒体数据包时执行B2，否则放入转到B4；

B4、如果待放入媒体数据包的位置已有数据，则表明是重复包，丢弃此媒体数据包，否则把媒体数据包放入缓冲区，然后等待上层接口接收到新的媒体数据包时执行B2。

C、按预定时钟周期从抖动缓冲区中输出媒体数据。

因为媒体数据包有RTP头部信息，而RTP头部中的时戳(Ts)就是用于描述媒体数据包发送的时间的，因此可以按照时戳来判断延时是否超出阈值，以输出媒体数据。图3中描述了按预定时钟周期从抖动缓冲区中输出媒体数据的流程。

该步骤又分为十四个步骤：

C1、判断缓冲区内是否有媒体数据包，如果缓冲区内没有媒体数据包，则转到C10，否则转到C2；

C2、判断期望媒体数据包是否已到达，如果还没有到达，则转到C6，否则转到C3；

C3、判断期望媒体数据包的延时是否超过Delay，如果超过Delay，则首先输出该媒体数据包，然后执行C1，否则转到C4；

C4、判断期望媒体数据包的时戳是否发生了溢出，如果发生了溢出，则表明缓冲区内媒体数据包过多，转到C5，否则就表示期望媒体数据包延时还没有达到Delay，转到C10；

C5、丢弃该媒体数据包，然后执行C1；

C6、启用LostDelay，期望媒体数据包的延时是否超过Delay+LostDelay，如果已经超出，则转到C7，否则，转到C9；

C7、判断当前的Delay是否是可使用的最大Delay，如果已经是最大Delay，转到C10，否则转到C8；

C8、指示丢包，然后转到C1；

C9、判断丢包的时戳是否发生了溢出，如果发生了溢出，则表明缓冲区内媒体数据包过多，转到C5，否则就表示该媒体数据包的延时未超出Delay+LostDelay，转到C10；

C10、判断缓冲区内媒体数据包的时间是否小于当前Delay，如果是，则转到C11，否则转到C12；

C11、判断是否到达调整Delay的阈值，如果是，则减小Delay，然后等待下个时钟周期到达后执行C1，否则直接等待下个时钟周期到达后执行C1；

C12、判断缓冲区内媒体数据包的时间是否大于当前Delay；如果是，则转到C13，否则表示正常输出，转到C14；

C13、判断当前Delay是否为可使用的最大Delay，如果还不是，则增加Delay，然后等待下个时钟周期到达后执行C1，否则直接等待下个时钟周期到达后执行C1；

C14.判断是否到达调整Delay的阈值，如果是，则减小Delay，然后等待下个时钟周期到达后执行C1，否则直接等待下个时钟周期到达后执行C1。

Claims (7)

1、一种保证媒体接收端服务质量的方法，包括下列步骤：

第一步、设定抖动缓冲区相关参数，主要包括：可使用的最小Delay、可使的最大Delay、LostDelay，并为此媒体分配一个全局唯一的ID；

第二步、将媒体数据包放入抖动缓冲区内，

该步骤又分为2个步骤：

2.1、放入第一个有效数据包，在上层接口接收到新的数据包时执行2.2；

2.2首先根据当前要放入数据包的序号与期望数据包序号的差值，得到数据包放入的存储位置，然后把这个媒体数据包放入抖动缓冲区，最后等待上层接口接收到新的数据包时执行2.2；

第三步、从抖动缓冲区输出数据；

该步骤又分为4个步骤：

3.1、判断缓冲区内是否有数据包，如果缓冲区内有媒体数据包，则转到3.2，否则在下一个时钟周期到达时执行3.1；

3.2、判断期望数据包是否已经到达，如果已经到达，则转到3.3，否则转到3.4；

3.3、媒体数据包延时Delay后输出；然后等待下一个时钟周期到达时执行3.1；

3.4、启用LostDelay，媒体数据包延时Delay+LostDelay后输出，然后等待下一个时钟周期到达时执行3.1。

2、根据权利要求1所述的保证媒体接收端服务质量的方法，其特征在于：第二步详细分为四个步骤：

B1.判断是否为第一个媒体数据包，如果是第一个媒体数据包，就把这个包放入抖动缓存区，然后等待上层接口接收到新的数据包时执行B2；

B2.判断待放入的数据包的时戳或序号是否发生突变，如果发生了突变，则设定此数据包为第一个数据包，并转到B1，否则转到B3；

B3.计算待放入的数据包的应该插入缓冲区的位置，如果此位置小于当前待输出的位置，则表示此数据包来晚了，丢弃此数据包，然后等待上层接口接收到新的数据包时执行B2，否则放入转到B4；

B4、如果待放入数据包的位置已有数据，则表明是重复包，丢弃此数据包，否则把数据包放入缓冲区，然后等待上层接口接收到新的数据包时执行B2。

3、根据权利要求1或2所述的保证媒体接收端服务质量的方法，其特征在于：在第三步中还包括一动态调整Delay步骤。

4、根据权利要求1或2所述的保证媒体接收端服务质量的方法，其特征在于：还包括有第四步动态调整Delay。

5、根据权利要求3所述的保证媒体接收端服务质量的方法，其特征在于：动态调整Delay分为三个步骤：

Delay1、计算抖动缓冲区中第一个有效数据包和最后一个有效数据包的时戳差Ts_Diff，和两个连续数据包之间的时戳差DeltaTs；

Delay2、比较Ts_Diff和Delay的大小，如果Ts_Diff＞Delay+DeltaTs，则立即增加Delay，增加幅度为Ts_Diff-DeltaTs，否则转到Delay 3；

Delay3、如果在相当长的一段连续时间内，Ts_Diff＜＝Delay+DeltaTs都成立，则减小固定时间的Delay。

6、根据权利要求4所述的保证媒体接收端服务质量的方法，其特征在于：动态调整Delay分为三个步骤：

Delay1、计算抖动缓冲区中第一个有效数据包和最后一个有效数据包的时戳差Ts_Diff，和两个连续数据包之间的时戳差DeltaTs；

Delay2、比较Ts_Diff和Delay的大小，如果Ts_Diff＞Delay+DeltaTs，则立即增加Delay，增加幅度为Ts_Diff-DeltaTs，否则转到4.3；

Delay3、如果在相当长的一段连续时间内，Ts_Diff＜＝Delay+DeltaTs都成立，则减小固定时间的Delay。

7、根据权利要求5所述的保证媒体接收端服务质量的方法，其特征在于：第三步详细分为十四个步骤：

C1、判断缓冲区内是否有数据包，如果缓冲区内没有数据包，则转到C10，否则转到C2；

C2、判断期望数据包是否已到达，如果还没有到达，则转到C6，否则转到C3；

C3、判断期望数据包的延时是否超过Delay，如果超过Delay，则首先输出该数据包，然后执行C1，否则转到C4；

C4、判断期望数据包的时戳是否发生了溢出，如果发生了溢出，则表明缓冲区内数据包过多，转到C5，否则就表示期望数据包延时还没有达到Delay，转到C10；

C5、丢弃该数据包，然后执行C1；

C6、启用LostDelay，期望数据包的延时是否超过Delay+LostDelay，如果已经超出，则转到C7，否则，转到C9；

C7、判断当前的Delay是否是可使用的最大Delay，如果已经是最大Delay，转到C10，否则转到C8；

C8、指示丢包，然后转到C1；

C9、判断丢包的时戳是否发生了溢出，如果发生了溢出，则表明缓冲区内数据包过多，转到C5，否则就表示该数据包的延时未超出Delay+LostDelay，转到C10；

C10、判断缓冲区内数据包的时间是否小于当前Delay，如果是，则转到C11，否则转到C12；

C11、判断是否到达调整Delay的阈值，如果是，则减小Delay，然后等待下个时钟周期到达后执行C1，否则直接等待下个时钟周期到达后执行C1；

C12、判断缓冲区内数据包的时间是否大于当前Delay；如果是，则转到C13，否则表示正常输出，转到C14；

C13、判断当前Delay是否为可使用的最大Delay，如果还不是，则增加Delay，然后等待下个时钟周期到达后执行C1，否则直接等待下个时钟周期到达后执行C1；

C14.判断是否到达调整Delay的阈值，如果是，则减小Delay，然后等待下个时钟周期到达后执行C1，否则直接等待下个时钟周期到达后执行C1。

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