一種提高視頻圖像清晰度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)傳輸，特別涉及一種視頻傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻遠程采集系統(tǒng)進入全數(shù)字化階段，并越來越廣泛地應(yīng)用于安防、安全監(jiān)控和高清晰視頻圖像獲取等眾多行業(yè)。而引入無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視頻遠程采集系統(tǒng)將更加開放，易于集成和維護擴展，且不受時間和地域的限制。
[0003]然而，視頻遠程采集系統(tǒng)正向著高分辨率、高速、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆较虬l(fā)展。高分辨率的同時也意味著網(wǎng)絡(luò)實時傳輸數(shù)據(jù)量的大幅增長，而實際無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率比較低，帶寬最高只有幾兆。因此，將如此多的數(shù)據(jù)直接通過網(wǎng)絡(luò)進行實時傳輸是不可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提出了一種提高視頻圖像清晰度的方法，包括:
[0005]視頻遠程采集客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器采用DirectShow架構(gòu)，通過軟件實現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)的傳輸，MPEG-4解碼和顯示，在4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備的應(yīng)用層程序中對底層濾波器進行相應(yīng)的操作；系統(tǒng)中的4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備和遠程采集客戶端及數(shù)據(jù)服務(wù)器各自處于自己的內(nèi)網(wǎng)當中，在視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸中，采用基于P2P的組網(wǎng)模式，利用第三方的P2P服務(wù)器來協(xié)助傳輸，完成遠程采集客戶端及數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的連接，采用UDP協(xié)議完成視頻圖像數(shù)據(jù)的傳輸，采用TCP協(xié)議完成命令的傳輸。
[0006]優(yōu)選地，所述視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸過程中采用自適應(yīng)幀分發(fā)方法，根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實時動態(tài)調(diào)整報文的大小，具體包括:
[0007]發(fā)送端根據(jù)接收端發(fā)送回來的反饋數(shù)據(jù)，計算出丟幀率，然后根據(jù)丟幀率判斷出當前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是否為輕載、重載還是擁塞狀態(tài)，若確認處于擁塞狀態(tài)，則對UDP報文的大小進行動態(tài)調(diào)整，即減少報文的大小，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)恢復(fù)之后再增加報文的大小。
[0008]優(yōu)選地，在所述自適應(yīng)幀分發(fā)之后，當需要重發(fā)時，在4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備端，以幀為單位只進行有限次的數(shù)據(jù)重發(fā)，并采用以下過程執(zhí)行重發(fā):
[0009]當視頻遠程采集客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器接收完一幀視頻圖像之后，根據(jù)幀中所包含的具體報文編號等信息對該幀的丟失情況進行統(tǒng)計，然后將該幀的丟包統(tǒng)計結(jié)果回發(fā)給4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備端；
[0010]4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備端接收到丟包統(tǒng)計之后，首先根據(jù)具體幀號和報文編號信息從數(shù)據(jù)緩存中找到相應(yīng)的幀，根據(jù)不同的報文采用不同的發(fā)送策略；
[0011]視頻遠程采集客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到重發(fā)的報文之后，首先對該報文所在幀之前的視頻圖像數(shù)據(jù)進行確認，表示該幀之前的視頻圖像數(shù)據(jù)都是無誤的，將這些視頻圖像數(shù)據(jù)從第一數(shù)據(jù)緩存轉(zhuǎn)移到第二數(shù)據(jù)緩存中等待輸出解碼；
[0012]根據(jù)幀號和報文編號等信息，將該幀存放到第一數(shù)據(jù)緩存中的相應(yīng)位置，當視頻遠程采集客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器在預(yù)定時間內(nèi)沒有接收到重發(fā)幀時，則對當前所收到的數(shù)據(jù)幀之前的視頻圖像數(shù)據(jù)進行確認，將這些數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)移到第二數(shù)據(jù)緩存中。
[0013]優(yōu)選地，所述視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸過程中采用自適應(yīng)幀分發(fā)方法，根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實時動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，具體包括:
[0014]發(fā)送端根據(jù)接收端發(fā)送回來的反饋數(shù)據(jù)，計算出數(shù)據(jù)吞吐率和丟幀率，然后根據(jù)數(shù)據(jù)吞吐率和丟幀率判斷出當前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對發(fā)送速率進行動態(tài)調(diào)整。
[0015]優(yōu)選地，所述根據(jù)數(shù)據(jù)吞吐率和丟幀率判斷出當前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對發(fā)送速率進行動態(tài)調(diào)整，進一步包括:
[0016]在客戶端對丟包率參數(shù)進行統(tǒng)計，采用加權(quán)平滑處理，獲取視頻傳輸過程中第i個時間間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)吞吐率民和丟包率P $:
[0017]Ri= Σ = 0 ( μ，其中 Σ^1j = 0 ( μ J = I ;
[0018]Pi= Σ % = 0(α jLP^j/SP^j)，其中 Σ^1j = 0(α j) = I ；
[0019]以上公式中N表示計算上述兩參數(shù)所需的時間間隔個數(shù)，α」和μ」表示權(quán)重系數(shù)；IiVj為第(1-j)時間間隔內(nèi)丟幀率，SP H為第(1-j)時間間隔內(nèi)發(fā)送端發(fā)送的幀數(shù)，D H表示第(1-j)時間間隔內(nèi)統(tǒng)計的接收視頻數(shù)據(jù)量，Th表示第(1-j)時間間隔的準確值；
[0020]設(shè)定常量參數(shù)，包括設(shè)置視頻傳輸過程中所能容忍的丟包率最高閾值Plmax以及視頻流暢傳輸?shù)淖畹蛠G包率閾值Plmin;最大視頻數(shù)據(jù)發(fā)送速率Rmax以及最小視頻數(shù)據(jù)發(fā)送速率 Rmin;
[0021]當PPPlmax時，降低視頻數(shù)據(jù)速率來保障視頻客戶端的QoS，確定網(wǎng)絡(luò)連續(xù)超載次數(shù)k，初始化參數(shù)β C1;然后計算速率降低因子:β k= β ^(l-0.6m)2
[0022]其中丟包率差值因子m為:m = P1-Plmax
[0023]最后，合適的視頻數(shù)據(jù)傳輸速率為:Rnew= MAX { β *-50，RmiJ ；
[0024]當P^PlmiJt提高視頻數(shù)據(jù)速率來保障視頻客戶端的QoS，計算丟包率差值因子:m = t (Pimin-Pi)
[0025]式中:t表示放大倍數(shù)；然后計算速率增加因子δ:
[0026]δ = 0.2emR0+60
[0027]式中=Rtl為預(yù)設(shè)的速率增長因子，此時預(yù)測發(fā)送速率為:
[0028]Rnew= ΜΙΝ{ δ+R ^ RmJ
[0029]當PlmiJP^P1J寸，不進行速率調(diào)整；
[0030]通過設(shè)定速率切換閾值Rth來降低系統(tǒng)速率切換開銷，在預(yù)測新傳輸速率后，需要比較新速率Rmw與前一次速率調(diào)整值R last，只有當I Rnew-Rlast I >Rth時，新的速率調(diào)整才有效。
[0031]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點:
[0032]本發(fā)明提出了一種視頻圖像清晰度提高方法，有效控制了視頻傳輸過程中的丟幀率，從視覺角度來講，視頻圖像的連續(xù)性和清晰度更高，畫面受損情況減少。
【附圖說明】
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種提高視頻圖像清晰度的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0034]下文與圖示本發(fā)明原理的附圖一起提供對本發(fā)明一個或者多個實施例的詳細描述。結(jié)合這樣的實施例描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于任何實施例。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定，并且本發(fā)明涵蓋諸多替代、修改和等同物。在下文描述中闡述諸多具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的透徹理解。出于示例的目的而提供這些細節(jié)，并且無這些具體細節(jié)中的一些或者所有細節(jié)也可以根據(jù)權(quán)利要求書實現(xiàn)本發(fā)明。
[0035]本發(fā)明的一方面提供了一種提高視頻圖像清晰度的方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的方法流程圖。
[0036]本發(fā)明的視頻采集系統(tǒng)包括4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備，遠程采集客戶端以及數(shù)據(jù)服務(wù)器。4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備軟件分為應(yīng)用層程序和驅(qū)動層程序，視頻遠程采集客戶端和數(shù)據(jù)服務(wù)器采用DirectShow架構(gòu)來完成應(yīng)用軟件的設(shè)計，主要功能包括視頻圖像數(shù)據(jù)的接收，MPEG-4解碼和顯示。在軟件中，通過設(shè)計開發(fā)底層濾波器，然后在應(yīng)用層程序中對濾波器進行相應(yīng)的操作，最終實現(xiàn)預(yù)期的軟件功能。
[0037]在視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸中，采用基于P2P的組網(wǎng)模式而非采用傳統(tǒng)的C/S組網(wǎng)模式，系統(tǒng)中的4G網(wǎng)絡(luò)視頻捕獲設(shè)備和遠程采集客戶端及數(shù)據(jù)服務(wù)器各自處于自己的內(nèi)網(wǎng)當中，由于NAT設(shè)備的存在，兩者并不能直接連接。因此，本發(fā)明采用第三方的P2P服務(wù)器來協(xié)助傳輸，完成兩者之間的連接。因為數(shù)據(jù)的傳輸采用UDP協(xié)議，命令的傳輸采用TCP協(xié)議，所以要實現(xiàn)m)P的傳輸和TCP的傳輸。而TCP連接的整體程序流程圖與UDP連接一致，
[0038]本發(fā)明的視頻圖像數(shù)據(jù)傳輸過程中采用自適應(yīng)幀分發(fā)方法，具體操作如下:發(fā)送端根據(jù)接收端發(fā)送回來的反饋數(shù)據(jù)，計算出丟幀率，然后根據(jù)丟幀率判斷出當前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，即輕載、重載或擁塞狀態(tài)。若確認處于擁塞狀態(tài)，則對UDP報文的大小進行動態(tài)調(diào)整，即減少報文的大小。等到網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)恢復(fù)正常之后再慢慢增加報文的大小。本發(fā)明可以根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實時動態(tài)調(diào)整報文的大小，從而有效控制網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的UDP丟幀率。在進行系統(tǒng)測試時，丟幀率門限值設(shè)定為15%，線性增長因子AIR為32，乘性減少因子α的取值范圍一般為[0.5，0.8]，本發(fā)明采用0.6。
[0039]根據(jù)本發(fā)明進一步的實施例，自適應(yīng)幀分發(fā)方法根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實時動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，即發(fā)送端根據(jù)接收端發(fā)送回來的反饋數(shù)據(jù)，計算出數(shù)據(jù)吞吐率和丟幀率，然后根據(jù)數(shù)據(jù)吞吐率和丟幀率判斷出當前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對發(fā)送速率進行動態(tài)調(diào)整。為了防止由于參數(shù)獲取周期較短而導(dǎo)致的抖動，采用加權(quán)平滑處理。
[0040]SRjPPi分別表示視頻傳輸過程中第i個時間間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)吞吐率和丟幀率。Ri和Pi計算方法如下:
[0041 ] Ri= Σ ' = 0 ( μ，其中 Σ^1j = 0 ( μ J = I ;
[0042]Pi= Σ ' = 0(α jLP^j/SP^j)，其中 Σ^1j = 0(α j) = I ；
[0043]以上公式中N表示計算上述兩參數(shù)所需的時間間隔個數(shù)，α」和μ」表示權(quán)重系數(shù)；IiVj為第(1-j)時間間隔內(nèi)丟幀率，SP H為第(1-j)時間間隔內(nèi)發(fā)送端發(fā)送的幀數(shù)。D H表示第(1-j)時間間隔內(nèi)統(tǒng)計的接收視頻數(shù)據(jù)量，Th表示第(1-j)時間間隔的準確值。
[0044]根據(jù)本實施例的速率控制機制為:在網(wǎng)絡(luò)輕載時，由丟幀率決定的變常數(shù)加性因子和常量加性因子決定速率增長幅度，在網(wǎng)絡(luò)超載時，由丟幀率決定的變常數(shù)乘性因子和常量減性因子決定速率降低幅度。
[0045]自適應(yīng)速率調(diào)整的步驟如下: