基于丟包區(qū)分的移動(dòng)視頻監(jiān)控帶寬自適應(yīng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于丟包區(qū)分的移動(dòng)視頻監(jiān)控帶寬自適應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控行業(yè)正在經(jīng)歷著一次蛻變，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)正從傳統(tǒng)的固網(wǎng)模式發(fā)展到現(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)模式，用戶對(duì)以手持終端作為視頻監(jiān)控客戶端的需求也變得愈加強(qiáng)烈。
[0003]無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，而視頻傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞、丟包等比較敏感，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞、帶寬不足，視頻播放就會(huì)不流暢，出現(xiàn)馬賽克，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。因此，在移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，如何保障在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中數(shù)據(jù)發(fā)送的實(shí)時(shí)性，避免擁塞，實(shí)現(xiàn)客戶端播放的流暢性，是設(shè)計(jì)者需要考慮的問題。
[0004]目前主流的流媒體傳輸協(xié)議有RTP (Real-time Transport Protocol實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)、RTCP (Real-time Transport Control Protocol 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議)。RTP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封包，提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸功能，RTCP獲取丟包、時(shí)延對(duì)RTP傳輸提供服務(wù)質(zhì)量的保證。但RTP、RTCP是針對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，有線網(wǎng)絡(luò)丟包類型只有擁塞丟包，而無線網(wǎng)絡(luò)有擁塞丟包和無線鏈路丟包兩種類型。如果在無線網(wǎng)絡(luò)中僅將丟包歸結(jié)于網(wǎng)絡(luò)擁塞，當(dāng)發(fā)生丟包時(shí)降低傳輸速率，而丟包狀況沒有解決，就會(huì)不斷降低傳輸速率，使得傳輸速率維持在一個(gè)較低水平，嚴(yán)重降低網(wǎng)絡(luò)吞吐量，信道利用率也下降。目前無線流媒體傳輸?shù)膩G包算區(qū)分法主要有兩類:基于網(wǎng)關(guān)的代理方法和基于端到端的方法?；诰W(wǎng)關(guān)代理的方法需要在基站或接入點(diǎn)保存大量流信息，造成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變，工作負(fù)擔(dān)加重；而基于端到端的方法未對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改變，沒有額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，比較適用。目前，主流的基于端到端的丟包區(qū)分算法有:Biaz、Spike、ZigZag等，Biaz算法是根據(jù)相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)包的間隔區(qū)分丟包類型，當(dāng)相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)包間隔大于閾值時(shí)，判斷為擁塞丟包反之無線鏈路丟包；而Spike、ZigZag算法是根據(jù)R0TT (Relative One way Trip Time，單向傳輸時(shí)延)，R0TT比閾值大的時(shí)候判為擁塞丟包，反之為無線丟包，這幾種算法存在的問題是:閾值確定比較單一、采用單個(gè)R0TT進(jìn)行判別容易造成誤判。
[0005]移動(dòng)視頻監(jiān)控帶寬自適應(yīng)方法的設(shè)計(jì)需要考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬、丟包區(qū)分和用戶需求等多種因素，針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)自適應(yīng)的控制機(jī)制。無線網(wǎng)絡(luò)中丟包有擁塞丟包和由于多徑效應(yīng)、碼間串?dāng)_引起的無線鏈路丟包，而傳統(tǒng)的流媒體傳輸協(xié)議不具備丟包區(qū)分、帶寬自適應(yīng)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于丟包區(qū)分的移動(dòng)視頻監(jiān)控帶寬自適應(yīng)方法，在無線網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的環(huán)境下，準(zhǔn)確推斷出擁塞丟包的丟包率，進(jìn)而進(jìn)行碼流控制，保障客戶端視頻播放的流暢性。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:針對(duì)無線視頻傳輸丟包類型有擁塞丟包和無線鏈路丟包兩種類型及根據(jù)丟包狀況進(jìn)行帶寬自適應(yīng)而發(fā)明，發(fā)明引入了丟包區(qū)分算法和帶寬自適應(yīng)機(jī)制。
[0008]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0009]—種基于丟包區(qū)分的移動(dòng)視頻監(jiān)控帶寬自適應(yīng)方法，包含數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制連接建立、數(shù)據(jù)傳輸丟包區(qū)分和數(shù)據(jù)傳輸帶寬自適應(yīng)三個(gè)過程，具體步驟如下:
[0010]a.所述數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制連接建立包含的實(shí)現(xiàn)步驟:
[0011](a-Ι)、移動(dòng)視頻監(jiān)控服務(wù)端初始化階段，對(duì)指定端口進(jìn)行監(jiān)聽等待新的連接的到來，客戶端在訪問時(shí)向指定端口發(fā)送請(qǐng)求即可；
[0012](a-2)、客戶端發(fā)起包含有URL的DESCRIBE請(qǐng)求；
[0013](a-3)、服務(wù)端解析DESCRIBE請(qǐng)求，分析出所請(qǐng)求的資源，如果資源存在則以SDP (Sess1n Descript1n Protocol，會(huì)話描述協(xié)議)協(xié)議的形式生成媒體資源的信息，以文本形式附加在DESCRIBE請(qǐng)求的應(yīng)答消息之后；
[0014](a-4)、客戶端收到服務(wù)端發(fā)來的應(yīng)答消息后，發(fā)起SETUP請(qǐng)求，請(qǐng)求會(huì)話建立并準(zhǔn)備傳輸，SETUP命令包含了 RTP的傳輸協(xié)議，傳輸方式等信息；
[0015](a-5)、服務(wù)端收到客戶端的SETUP請(qǐng)求后，生成一個(gè)會(huì)話序列號(hào)，將SETUP應(yīng)答消息發(fā)送至客戶端；
[0016](a-6)、客戶端收到服務(wù)端發(fā)來的SETUP應(yīng)答消息后，客戶端將發(fā)出PLAY請(qǐng)求，目的是請(qǐng)求播放視頻；
[0017](a-7)、服務(wù)端收到客戶端的PLAY請(qǐng)求后，會(huì)向RTP模塊發(fā)出消息，RTP模塊將視頻數(shù)據(jù)封裝成RTP數(shù)據(jù)包，根據(jù)SETUP時(shí)指定的傳輸協(xié)議發(fā)送，同時(shí)RTCP也進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0018](a-8)、客戶端收到RTP數(shù)據(jù)包后，進(jìn)行解碼播放，如果客戶端要結(jié)束會(huì)話，則向服務(wù)端發(fā)出TEARDOWN請(qǐng)求。
[0019]b.所述數(shù)據(jù)傳輸丟包區(qū)分的實(shí)現(xiàn)步驟:
[0020](b-Ι)、服務(wù)端記錄上次發(fā)送的SR (send report)包，并接收客戶端發(fā)來的RR (receiver report)包，并判斷當(dāng)前是否有丟包事件發(fā)生；
[0021](b-2)、根據(jù) SR、RR 包，提取 RTP 包時(shí)間戳，計(jì)算 RTT(i) = Tarrive ⑴ _Tsend(i);其中RTT(i)表示第i個(gè)包的雙向傳輸時(shí)延，TalT1TC(i)為第i個(gè)包到達(dá)時(shí)間，T_d(i)為第i個(gè)包發(fā)送時(shí)間；
[0022](b-3)、對(duì) RTT(i)做平滑處理，計(jì)算 RTT (i) = (1_ γ ) *RTT (i) + γ *RTT (i_l)，其中γ為平滑因子；
[0023](b-4)、根據(jù)公式計(jì)算 Bstart、Bend，Bstart= RTT _+α * (RTTnax-RTT_)、Bend=ΚΤΤ_+β *(RTT_-RTT_);其中RTTjP RTT _分別為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)RTT最小值和最大值，α和β為調(diào)節(jié)因子；
[0024](b-5)、當(dāng)檢測(cè)到丟包事件時(shí)，判斷RTT(i)與閾值的關(guān)系，如果大于BstaJlJ判斷為擁塞丟包，如果小于BOTd則判為無線鏈路丟包，如果介于B start、BOTd之間則處于待定區(qū)；
[0025](b-6)、當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前RTT(i)為待定區(qū)時(shí)，需要進(jìn)一步做RTT變化趨勢(shì)判斷，計(jì)算RTT (i)與RTT (1-Ι)大小關(guān)系，如果RTT (i) >RTT (i_l)，判為擁塞丟包，反之判為無線鏈路丟包；
[0026](b-7)根據(jù)丟包類型判斷，統(tǒng)計(jì)丟包率，并根據(jù)丟包率判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況為輕載、滿載和過載。
[0027]c.所述數(shù)據(jù)傳輸帶寬自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)步驟:
[0028]c-Ι.根據(jù)相鄰I幀之間的差別，判斷為靜態(tài)視頻后帶寬自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)步驟:
[0029](c-1-l)、根據(jù)步驟2所述，依據(jù)丟包率大小判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)，分別為網(wǎng)絡(luò)過載、網(wǎng)絡(luò)輕載和網(wǎng)絡(luò)滿載；
[0030](c-1-2)、判斷為網(wǎng)絡(luò)過載時(shí)，需要進(jìn)一步判斷是否滿幀，如果滿幀則降低30%幀率，反之丟棄下一個(gè)G0P區(qū)間內(nèi)的所有I幀、P幀、B幀；
[0031](c-1-3)、判斷為網(wǎng)絡(luò)輕載時(shí)，需要進(jìn)一步判斷是否是最高分辨率，如果不是，則提高一級(jí)分辨率，反之保持參數(shù)不變；
[0032](c-1-4)、判斷為網(wǎng)絡(luò)滿載時(shí)，保持參數(shù)不變。
[0033]c-2.根據(jù)相鄰I幀之間的差別，判斷為動(dòng)態(tài)視頻后帶寬自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)步驟:
[0034](c-2-l)、根據(jù)步驟2所述，依據(jù)丟包率大小判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)，分別為網(wǎng)絡(luò)過載、網(wǎng)絡(luò)輕載和網(wǎng)絡(luò)滿載；
[0035](c-2-2)、判斷為網(wǎng)絡(luò)過載時(shí)，需要進(jìn)一步判斷是否是最高分辨率，如果是則降低一級(jí)分辨率，反之減小P幀增加B幀，降低傳輸速率；
[0036](c-2-3)、判斷為網(wǎng)絡(luò)輕載時(shí)，需要進(jìn)一步判斷是否滿幀，如果滿幀則進(jìn)一步判斷是否最高分辨率，如果是最高分辨率則參數(shù)不變，反之提高一級(jí)分辨率；如果不滿幀，則提高幀數(shù)至滿幀狀態(tài)；
[0037](c-2-4)、判斷為網(wǎng)絡(luò)滿載時(shí)，保持參數(shù)不變。
[0038]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步:
[0039]本方法在網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定的情況下，盡可能保持視頻播放的流暢性，與以往的流媒體傳輸?shù)膸捵赃m應(yīng)方法相比，本發(fā)明方法引入了改進(jìn)的Spike的丟包區(qū)分算法，能區(qū)別出擁塞丟包和無線鏈路丟包，進(jìn)而準(zhǔn)確根據(jù)丟包率判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況。本發(fā)明方法在帶寬自適應(yīng)機(jī)制上根據(jù)相鄰I幀的差別判斷當(dāng)前畫面動(dòng)態(tài)程度并分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分別進(jìn)行碼流調(diào)整，并根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況采用適應(yīng)的幀率、分辨率等；本發(fā)明方法具有準(zhǔn)確度高、帶寬適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種有效的應(yīng)用于移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的帶寬自適應(yīng)方法。
【附圖說明】
[0040]圖1為一種基于丟包區(qū)分的移動(dòng)視頻監(jiān)控帶寬自適應(yīng)方法總體框架圖。
[0041]圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸建立階段。
[0042]圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸丟包區(qū)分流程圖。
[0043]圖4為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況圖。
[0044]圖5為靜態(tài)視頻帶寬自適應(yīng)機(jī)制流程圖。
[0045]圖6為動(dòng)態(tài)視頻帶寬自適應(yīng)機(jī)制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
[0047]根據(jù)圖1描述總體框架圖，可以看出，在經(jīng)過RTSP控制層的身份認(rèn)證并完成RTSP交互后，服務(wù)端才開始將采集編碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過RTP打包處理發(fā)給客戶端。RTCP處理模塊的主要作用是提供和處理反饋信息