專利名稱：一種濾波后丟包率的計(jì)算方法以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流媒體應(yīng)用技術(shù)，特別涉及移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)估計(jì)方法和流媒體傳輸過程的服務(wù)質(zhì)量控制技術(shù)。

背景技術(shù)：
流媒體技術(shù)是利用網(wǎng)絡(luò)以流的方式連續(xù)、實(shí)時(shí)地傳輸聲音、影像、動(dòng)畫等多媒體信息的技術(shù)。流媒體在播放前并不下載整個(gè)文件，只將部分內(nèi)容緩存；當(dāng)流媒體數(shù)據(jù)在客戶端播放時(shí)，文件的剩余部分繼續(xù)從流媒體服務(wù)器下載。流媒體技術(shù)在有線網(wǎng)絡(luò)中的重要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)镮PTV(Interactive PersonalTV，交互式網(wǎng)絡(luò)電視)，在移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橐苿?dòng)流媒體。
流媒體應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量QoS。當(dāng)客戶端點(diǎn)播流媒體服務(wù)器時(shí)，客戶端周期性地向流媒體服務(wù)器發(fā)送接收?qǐng)?bào)告RR(Receiver Report)，RR包括丟包率、網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)狀況信息，流媒體服務(wù)器一般利用丟包率信息估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況。
假定客戶端反饋的第n個(gè)丟包率為Xn，目前流媒體服務(wù)器主要利用圖1所示的低通濾波器一 Yn＝aYn-1+(1-a)Xn (1) 對(duì)Xn進(jìn)行處理以消除網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中各種隨機(jī)干擾的影響。式中，Yn為濾波后的丟包率，a為濾波系數(shù)，a∈(0，1)，一般情況下，a∈(0.7，0.9)。
流媒體服務(wù)器根據(jù)Yn判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。如圖2所示如果Yn≤λu，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于空載Unloaded狀態(tài)，即網(wǎng)絡(luò)狀況良好，流媒體服務(wù)器逐步增加數(shù)據(jù)傳輸速率直至客戶端處于負(fù)載Loaded狀態(tài)或者到達(dá)服務(wù)器的最大傳輸速率；如果Yn∈(λu，λc]，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于負(fù)載Loaded狀態(tài)，則服務(wù)器保持當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸速率；如果當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于擁塞Congested狀態(tài)，即Yn＞λc，服務(wù)器逐步減少數(shù)據(jù)傳輸速率直至客戶端處于Loaded狀態(tài)。λu的取值范圍為0～5％，λc的取值范圍為5％～10％。
有線網(wǎng)絡(luò)帶寬波動(dòng)較小，利用方程(1)所示的低通濾波器能夠較好地抑制隨機(jī)干擾的影響并正確估計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，然而移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的情況要比有線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜很多。雖然第三代移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)能夠提供384kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，為流媒體技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是，由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)存在信道衰減、建筑物遮擋、終端移動(dòng)、多用戶干涉等眾多原因，使得信道時(shí)刻變化，誤碼率較高。在移動(dòng)流媒體的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)即使移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)提供的帶寬高于流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率，也會(huì)時(shí)而發(fā)生手機(jī)終端向服務(wù)器反饋丟包率很高的情況。
如果移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)大量丟包，我們稱之為帶寬突變。引起帶寬突變的原因可能有兩種第一，移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性抖動(dòng)；第二，網(wǎng)絡(luò)狀況惡化，例如建筑物遮擋、移動(dòng)終端進(jìn)入隧道等。第一種原因引起的帶寬突變只在很短的時(shí)間內(nèi)存在，流媒體服務(wù)器合理做法是克服網(wǎng)絡(luò)瞬間抖動(dòng)的負(fù)面影響，不改變數(shù)據(jù)發(fā)送的速率；對(duì)于第二種原因，流媒體服務(wù)器也不應(yīng)該立即快速降低數(shù)據(jù)的傳輸速率，因?yàn)檫@樣會(huì)使流媒體播放的質(zhì)量急劇下降，影響用戶體驗(yàn)。因此，無論何種原因?qū)е碌膸捦蛔儯髅襟w服務(wù)器都不應(yīng)該過快降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?br> 不過，常規(guī)情況下流媒體服務(wù)器無法判斷導(dǎo)致帶寬突變的具體原因。在帶寬突變發(fā)生時(shí)利用方程(1)表示的濾波器估計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，對(duì)于第一種原因，流媒體服務(wù)器會(huì)做出“當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況惡化”的誤判斷；對(duì)于第二種原因，會(huì)導(dǎo)致流媒體服務(wù)器計(jì)算的Yn較大，快速降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇a率。此外，由于帶寬突變時(shí)的丟包率很大，而方程(1)中a∈(0.7，0.9)，移動(dòng)終端后續(xù)反饋的丟包率影響小，即使帶寬突變過后網(wǎng)絡(luò)狀況改善，流媒體服務(wù)器仍然會(huì)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)發(fā)送碼率較低的數(shù)據(jù)。
由上述分析可知移動(dòng)流媒體技術(shù)要想在移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用，就必須為用戶提供良好的QoS。由于移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的帶寬波動(dòng)比較激烈，僅僅利用方程(1)所示的低通濾波器不能使流媒體服務(wù)器對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)做出正確判斷，從而影響視頻播放的QoS，因此，需要提出更好的方法來估計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種濾波后丟包率的計(jì)算方法以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的估計(jì)方法，以消除網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)干擾、抑制帶寬突變的負(fù)面影響，并保證流媒體傳輸?shù)腝oS。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種濾波后丟包率的計(jì)算方法以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的估計(jì)方法，包括以下步驟 (1)流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)； (2)接收來自移動(dòng)終端的接收?qǐng)?bào)告，從中提取丟包率信息Xn，n＝1，2......； (3)當(dāng)流媒體服務(wù)器判斷網(wǎng)絡(luò)狀況已改善，在濾波時(shí)使用濾波器三，根據(jù)當(dāng)前丟包率Xn和已計(jì)算出的濾波后的丟包率Yn-1進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，n＝1，2，......，賦予當(dāng)前丟包率Xn較大的加權(quán)系數(shù)，并據(jù)此判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)。
進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點(diǎn)當(dāng)丟包率Xn大于其設(shè)定的丟包率閾值XLimit時(shí)，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生帶寬突變，使用濾波器二，用XLimit代替Xn參與濾波運(yùn)算得到濾波后的丟包率Yn。
進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點(diǎn)所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括空載閾值λu、濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)； 當(dāng)Xn≤λu并且Xn-i≤λu(i＝1，…，N)時(shí)，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)狀況改善，所述N為一個(gè)預(yù)設(shè)值，此時(shí)，所述濾波器三用公式表示為Yn＝(1-a)Yn-1+aXn。
進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點(diǎn)所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)； 所述濾波器二用公式表示為Yn＝aYn-1+(1-a)X′n其中X′n在Xn大于XLimit時(shí)等于XLimit，X′n在Xn小于等于XLimit時(shí)等于Xn。
進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點(diǎn)其他情況下，使用濾波器一，根據(jù)當(dāng)前丟包率Xn和已計(jì)算出的濾波后的丟包率Yn-1進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，并賦予濾波后的丟包率Yn-1較大的加權(quán)系數(shù)。
進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點(diǎn)所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)； 所述濾波器一用公式表示為Yn＝aYn-1+(1-a)Xn。
進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點(diǎn)所述步驟(3)之后，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(2)。
進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點(diǎn)所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括負(fù)載閾值λc和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)，所述濾波器二設(shè)定的閾值 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明共采用三個(gè)濾波器估計(jì)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，其中，濾波器一用于消除網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)干擾的影響，平滑服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率；濾波器二用于抑制移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的帶寬突變，減少帶寬突變的影響時(shí)間，避免帶寬突變導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸速率激烈波動(dòng)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況改善時(shí)，濾波器三能夠使流媒體服務(wù)器快速、準(zhǔn)確地估計(jì)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)狀況，為移動(dòng)終端提供質(zhì)量可靠、碼率過渡平穩(wěn)的視頻點(diǎn)播服務(wù)。



圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的低通濾波器一。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的劃分。
圖3是實(shí)施例的操作流程圖。
圖4是實(shí)施例中濾波器二分段取值圖。

具體實(shí)施例方式 移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)干擾時(shí)刻存在，在移動(dòng)流媒體的應(yīng)用中表現(xiàn)為數(shù)據(jù)丟包、網(wǎng)絡(luò)延遲和抖動(dòng)。在流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率低于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的前提條件下，隨機(jī)干擾對(duì)數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)丟包，丟包率應(yīng)該在一定的合理范圍內(nèi)。對(duì)于這種情況下的網(wǎng)絡(luò)丟包，流媒體服務(wù)器應(yīng)用方程(1)表示的濾波器能夠較好地估計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀況并平滑地改變數(shù)據(jù)傳輸速率以保證QoS。如果移動(dòng)終端反饋的丟包率超過一定的合理范圍，就認(rèn)為發(fā)生了帶寬突變，需要特別處理。
移動(dòng)流媒體視頻播放過程中，在網(wǎng)絡(luò)狀況良好的情況下，例如Yn-1＝0，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性抖動(dòng)導(dǎo)致的帶寬突變不應(yīng)該致使流媒體服務(wù)器做出“當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況惡化”的誤判斷，即不影響服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率，因此，移動(dòng)終端傳遞過來的丟包率Xn對(duì)Yn的貢獻(xiàn)不應(yīng)該超過λc；在網(wǎng)絡(luò)狀況惡化的情況下，也需要流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率由高到低平緩地過渡。
下面結(jié)合圖3詳細(xì)說明所述方法，包括以下步驟 步驟110，流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)，包括濾波后丟包率初值Y0、濾波器系數(shù)a、負(fù)載閾值λc、空載閾值λu； 步驟120，流媒體服務(wù)器接收來自移動(dòng)終端的RR報(bào)告，并從中提取第n個(gè)丟包率信息Xn； 步驟130，判斷網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生帶寬突變，如果是，則采用濾波器二，再執(zhí)行步驟160，否則，執(zhí)行步驟140； XLimit為設(shè)定閾值，XLimit的計(jì)算方法有多種，如在移動(dòng)流媒體的應(yīng)用中可以取如果Xn≤XLimit，認(rèn)為是正常情況下隨機(jī)干擾引起的數(shù)據(jù)丟包；如果Xn＞XLimit，認(rèn)為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了帶寬突變。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了帶寬突變，利用圖4所示的濾波器二抑制帶寬突變的負(fù)面影響，所述濾波器二用方程(2)表示， Yn＝aYn-1+(1-a)X′n (2) 其中， 步驟140，判斷網(wǎng)絡(luò)狀況是否改善，如果已經(jīng)改善，則采用濾波器三，再執(zhí)行步驟160，否則，執(zhí)行步驟150； 當(dāng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)狀況逐步改善時(shí)，客觀上需要流媒體服務(wù)器以更快的速度增加數(shù)據(jù)傳輸速率以提高QoS。由于Xn的權(quán)重為(1-a)，對(duì)Yn的貢獻(xiàn)較小，即使網(wǎng)絡(luò)狀況好轉(zhuǎn)，利用方程(1)表示的濾波器致使流媒體服務(wù)器在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)以低于期望值的碼率發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種情況下，一種自然的想法是多考慮新來丟包率的影響，因此本發(fā)明提出方程(4)表示的濾波器三。
如果Xn≤λu并且Xn-i≤λu(i＝1，…，N)，則認(rèn)為最近一段時(shí)間網(wǎng)絡(luò)狀況良好，所述N為一個(gè)預(yù)設(shè)值，此時(shí)，采用濾波器三 Yn＝(1-a)Yn-1+aXn (4) 方程(4)表示的濾波器三能夠使帶寬突變的負(fù)面影響限制在較短的時(shí)間內(nèi)。如果帶寬突變由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性抖動(dòng)引起，即使流媒體服務(wù)器根據(jù)方程(2)稍稍降低數(shù)據(jù)發(fā)送的碼率，方程(4)也能夠使服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)的碼率快速回升，這是因?yàn)橥话l(fā)性網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)持續(xù)的時(shí)間很短，移動(dòng)終端后續(xù)反饋的丟包率小于λu。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)惡化導(dǎo)致的帶寬突變，方程(4)也能夠較好地減少帶寬突變的負(fù)面影響時(shí)間。一般情況下，引起網(wǎng)絡(luò)狀況惡化的原因在于無線信號(hào)不能很好地覆蓋某些區(qū)域，一旦移動(dòng)終端離開這些區(qū)域，無線信道改善，反饋的丟包率變小，流媒體服務(wù)器做出“網(wǎng)絡(luò)狀況好轉(zhuǎn)”的判斷，利用方程(4)更多地考慮新丟包率的影響，快速增加數(shù)據(jù)發(fā)送的碼率，提高視頻播放的QoS。
步驟150，其余情況下，流媒體服務(wù)器采用方程(1)表示的濾波器一估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況，執(zhí)行步驟160； 把方程(1)表示的濾波器進(jìn)一步分解 Yn＝aYn-1+(1-a)Xn ＝a[aYn-2+(1-a)Xn-1]+(1-a)Xn ＝a{a[aYn-3+(1-a)Xn-2]+(1-a)Xn-1}+(1-a)Xn (5)  ＝anY0+(1-a)Xn+a(1-a)Xn-1+…+an-1(1-a)X1 如果取Y0＝0，則 Yn＝(1-a)Xn+a(1-a)Xn-1+…+an-1(1-a)X1 (6) 由方程(6)可以看出，n時(shí)刻的丟包率Yn由前n時(shí)刻移動(dòng)終端反饋的丟包率Xi(i＝1，…，n)加權(quán)計(jì)算。由于a∈(0.7，0.9)，(1-a)∈(0.1，0.3)，新來的丟包率Xn對(duì)Yn的影響較小，正因?yàn)槿绱?，方?1)能夠在很大程度上消除隨機(jī)干擾的影響，使流媒體服務(wù)器為移動(dòng)終端提供穩(wěn)定、平滑的碼流。
步驟160，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟120。
本發(fā)明的核心思想是在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生帶寬突變時(shí)，使流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率由高到低平緩地過渡。因此，對(duì)于Xn的取值進(jìn)行處理，不會(huì)導(dǎo)致濾波后的丟包率Yn迅速下降。另外，對(duì)于濾波系數(shù)a的取值，也可以限定為a∈(0.5，1)，只是在實(shí)際應(yīng)用中，a∈(0.7，0.9)的效果可能會(huì)更好。
權(quán)利要求
1.一種濾波后丟包率的計(jì)算方法以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的估計(jì)方法，包括以下步驟
(1)流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)；
(2)接收來自移動(dòng)終端的接收?qǐng)?bào)告，從中提取丟包率信息Xn，n＝1，2......；
(3)當(dāng)流媒體服務(wù)器判斷網(wǎng)絡(luò)狀況已改善，在濾波時(shí)使用濾波器三，根據(jù)當(dāng)前丟包率Xn和已計(jì)算出的濾波后的丟包率Yn-1進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，n＝1，2，......，賦予當(dāng)前丟包率Xn較大的加權(quán)系數(shù)，并據(jù)此判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于
當(dāng)丟包率Xn大于其設(shè)定的丟包率閾值XLimit時(shí)，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生帶寬突變，使用濾波器二，用XLimit代替Xn參與濾波運(yùn)算得到濾波后的丟包率Yn。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括空載閾值λu、濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)；
當(dāng)Xn≤λu并且Xn-i≤λu(i＝1，...，N)時(shí)，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)狀況改善，所述N為一個(gè)預(yù)設(shè)值，此時(shí)，所述濾波器三用公式表示為Yn＝(1-a)Yn-1+aXn。
4.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)；
所述濾波器二用公式表示為其中Xn′在Xn大于XLimit時(shí)等于XLimit，Xn′在Xn小于等于XLimit時(shí)等于Xn。
5.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于
其他情況下，使用濾波器一，根據(jù)當(dāng)前丟包率Xn和已計(jì)算出的濾波后的丟包率Yn-1進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，并賦予濾波后的丟包率Yn-1較大的加權(quán)系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)；
所述濾波器一用公式表示為Yn＝aYn-1+(1-a)Xn。
7.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于
所述步驟(3)之后，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(2)。
8.如權(quán)利要求2或4所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括負(fù)載閾值λc和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)，所述濾波器二設(shè)定的閾值
全文摘要
本發(fā)明提出了一種濾波后丟包率的計(jì)算方法以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的估計(jì)方法，包括以下步驟(1)流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)；(2)接收來自移動(dòng)終端的接收?qǐng)?bào)告，從中提取丟包率信息Xn；(3)當(dāng)流媒體服務(wù)器判斷網(wǎng)絡(luò)狀況已改善，在濾波時(shí)使用濾波器三，根據(jù)當(dāng)前丟包率Xn和已計(jì)算出的濾波后的丟包率Yn-1進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，賦予當(dāng)前丟包率Xn較大的加權(quán)系數(shù)，并據(jù)此判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)。
文檔編號(hào)H04L29/06GK101155412SQ200610152278
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者王衛(wèi)華, 李加周, 張建強(qiáng), 王志英 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司