專利名稱：一種在視頻調度系統(tǒng)中實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，尤其涉及一種在視頻調度系統(tǒng)中，實現多媒體數據動態(tài)碼流帶寬自適應傳輸的方法，屬于網絡傳輸技術領域。
背景技術：
互聯網經常被用來傳輸多媒體數據流。在互聯網中，由于TCP/IP網絡“盡力而為” 的特點，傳輸多媒體數據流會因為數據量太大、網絡服務質量不穩(wěn)定(丟包、延遲、抖動)等問題導致傳送速率很慢，甚至出現傳送失敗的問題。目前，主要存在以下幾種典型的QoS(服務質量)策略1.綜合業(yè)務模型(簡稱htserv)Intserv主要是引入了 RSVP (資源預留協議，也就是信令協議)，該協議的應用需要與路由協議一起使用。通過應用RSVP，可以提供很好的QoS服務，但同時缺點也十分明顯。主要表現在第一，對路由器的較高要求，必須要求從發(fā)送者到接受者之間所有路由器都支持所實施的信令協議。并非所有的路由都必須支持RSVP協議，如果在網絡鏈路中，有任何一個環(huán)節(jié)的路由不支持該協議，則無法提供有效的QoS服務；第二，路由的負擔會隨著業(yè)務的增加而加大，網絡擴展性不好。因為InUerv要求端到端的信令，在每一個路由器上，都要檢查每一進入的包并保證相應的服務，因而每一路由器都必須維護每一條流的狀態(tài)信息，從而增加了綜合服務的復雜性，導致可擴展性差。第三，如果存在不支持InUerv 的節(jié)點/網絡，雖然信令可以透明通過，但對應用來說，已經無法實現真正意義上的資源預留，所希望達到的QoS保證也就大打折扣。2.區(qū)分服務體系結構(簡稱DiffServ)Diff^erv主要是利用了 IP數據包中的Tos (terms of service，服務類型)字段 (即DS域)。進入網絡的流量在網絡邊緣處進行分類和可能的調解，然后被分配到不同的行為集合中去，每個行為集合由為一個DS編碼點標識。在網絡核心處，數據包根據DS編碼點對應的每一跳行為轉發(fā)。“每一跳行為”保證了在互相競爭資源的數據流中為每個網絡節(jié)點分配緩沖區(qū)和帶寬資源時，有一個合理的處理力度，在核心網絡節(jié)點上，無需維護每個應用程序流或每個用戶轉發(fā)狀態(tài)。這種模型并不提供從信源端到信宿端的全程QoS保證策略。3.多協議標簽交換(簡稱MPLS)在MPLS中，將網絡的三層IP路由和二層交換技術結合起來，從而彌補了傳統(tǒng)IP 網絡的許多缺陷。MPLS引入了新的標簽結構，對IP網絡的改變較大，引入了“顯式路由”機制，對QoS提供了更為可靠的保證。MPLS使用基于分布式計算的傳統(tǒng)IP路由協議，由這些協議計算得到的路由可能會瞬時產生環(huán)路。產生環(huán)路數據包造成的擁塞可能導致非環(huán)路數據包延遲加長或丟棄，嚴重時導致網絡癱瘓。但是，當前的QoS策略基本都是工作在網絡層，只是為了解決傳輸過程中的網絡擁塞問題，而沒有從源頭解決問題，從而導致傳輸過程中的一部分數據分包被丟棄/再重發(fā)。對于數據量巨大的多媒體業(yè)務(如視頻會議、流媒體等)而言，僅僅依靠QoS策略很難滿足視頻調度系統(tǒng)的實際需求。

發(fā)明內容
針對現有技術所存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種在視頻調度系統(tǒng)中實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法。該方法可以從源頭解決網絡擁塞問題，實現媒體碼流帶寬自適應，提高視頻調度系統(tǒng)的應用服務質量。為實現上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案一種在視頻調度系統(tǒng)中實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于包括如下步驟傳輸媒體數據；在所述媒體數據的傳輸過程中，獲得媒體數據傳輸參數；根據用于傳輸媒體數據的設備參數信息，結合所述媒體數據傳輸參數，對媒體數據碼流進行調整；輸出經過調整的媒體數據碼流。其中較優(yōu)地，獲得媒體數據傳輸參數的步驟包括傳輸檢測檢測所述媒體數據在傳輸過程中的傳輸參數；傳輸統(tǒng)計統(tǒng)計檢測到的各項傳輸參數，將結果維護到列表中；參數反饋將統(tǒng)計的傳輸參數向所述信源端反饋。其中較優(yōu)地，所述傳輸參數至少包括網絡抖動、時延、丟包率之所述設備參數信息至少包括CPU利用率、網絡帶寬之一。其中較優(yōu)地，信源端根據當前的網絡帶寬和CPU利用率對媒體數據碼流進行加權運算，得到當前狀況下的理想編碼模式；通過控制編碼器對媒體數據進行編碼，得到理想輸出碼流。本發(fā)明通過采集媒體數據傳輸過程中的參數對視頻調度系統(tǒng)中的媒體數據傳輸進行可伸縮性設計、動態(tài)編碼，使得視頻調度系統(tǒng)更好地匹配網絡的動態(tài)變化，從而提高視頻調度系統(tǒng)的應用服務質量。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1為本發(fā)明所提供的動態(tài)碼流帶寬自適應方法的傳輸流程示意圖。
具體實施例方式一般的媒體傳輸包括如下步驟媒體采集、媒體編碼、媒體傳輸、媒體解碼、媒體還原。具體地說，信源端的媒體采集設備采集媒體信息獲得媒體數據；信源端將媒體數據進行打包處理；信源端通過RTP/UDP協議向信宿端傳輸媒體數據；信宿端通過緩沖及排序處理解碼媒體數據；信宿端媒體還原設備還原媒體信息。這里所指的媒體數據包括音、視頻等多媒體數據。為了提高視頻調度系統(tǒng)對網絡狀況的適應能力，需要針對視頻調度系統(tǒng)中的媒體數據傳輸進行可伸縮性設計。將網絡狀況的動態(tài)變化通過技術手段反饋到視頻調度系統(tǒng)中，根據控制策略，能夠使得視頻調度系統(tǒng)更好地匹配網絡的動態(tài)變化，在一定程度上提高視頻調度系統(tǒng)的應用服務質量。OSI (Open System Interconnect，開放式系統(tǒng)互聯)模型把網絡通信的工作分為 7層，分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。在研究現有技術的基礎上，本發(fā)明提供了一種在視頻調度系統(tǒng)中實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法。該方法工作在應用層，可以在源頭控制多媒體數據傳輸，解決傳輸中的網絡堵塞問題。如圖1所示，本發(fā)明在媒體數據傳輸過程中，通過采集媒體數據傳輸的參數，結合本地媒體數據傳輸設備的參數(例如當前CPU的利用率、當前網絡帶寬等)，對視頻調度系統(tǒng)中的媒體數據傳輸進行可伸縮性設計，并結合動態(tài)編碼，使其匹配網絡的動態(tài)變化，控制編碼器得到理想輸出碼流。例如按不同的CPU利用率、不同的網絡帶寬、不同的網絡傳輸參數控制編碼器對媒體數據進行不同的編碼，輸出速度快慢不等的與網絡匹配的編碼碼流，從而提高CPU和網絡帶寬的利用率，提高視頻調度系統(tǒng)的應用服務質量。具體說明如下采集媒體數據傳輸的參數主要包括三個步驟傳輸檢測信宿端檢測媒體數據在傳輸中的參數；傳輸統(tǒng)計信宿端統(tǒng)計檢測到的各項媒體數據傳輸參數，將統(tǒng)計結果維護到列表中；參數反饋信宿端將統(tǒng)計的相關參數信息向信源端反饋。下面分別展開詳細的說明。1.傳輸檢測信宿端接受并解碼信源端傳輸的媒體數據時，信宿端通過Jitter (抖動)緩沖及排序處理解碼媒體數據。信宿端在一定的緩沖時間內，通過檢測媒體數據傳輸的時戳差、 Jitter長度，得到媒體數據傳輸時的網絡抖動、時延、丟包率等參數。信宿端根據上述參數探測當前網絡的帶寬Maxrate。在本發(fā)明中，在、 、時段內信源端傳輸給信宿端的丟包數為P(Iost) = P (expected)-P (received) (1)其中，P (lost)表示、 t2時段內的丟包數，P (expected)表示、 t2時段內預計收到的數據包數，P(received)表示、 t2時段內實際收到的數據包數。在、 t2時段內丟包率P的計算公式為P = P (lost)/P (expected) (2)其中，P表示當前媒體數據傳輸的丟包率。在本發(fā)明中，在、 t2時段內信源端向信宿端傳輸的總的數據包為totalsize = SN (max)-SN (min) (3)其中，totalsize表示在tl t2時段內的數據總數，SN(max)表示在t2時刻的數據累計數，SN(min)表示在tl時刻的數據累計數。在tl t2時段內信源端傳輸至信宿端的碼流currentrate為currentrate = totalsize/(^-t^ (4)其中，currentrate表示在當前媒體數據傳輸的碼流。2.傳輸統(tǒng)計在信宿端設置定時器，該定時器統(tǒng)計網絡的抖動、時延、丟包率等傳輸檢測步驟中檢測到的各項媒體數據傳輸參數，并將該傳輸參數維護到列表中。3.參數反饋信宿端根據傳輸統(tǒng)計步驟中定時器的設置，通過RTCP協議定時向信源端發(fā)送反饋通知。該反饋通知中包含了傳輸統(tǒng)計步驟中抖動、時延、丟包率等所有的媒體數據傳輸統(tǒng)計fe息。如圖1所示，利用本發(fā)明所提供的在視頻調度系統(tǒng)中實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，在媒體數據傳輸過程中，可以通過調用當前媒體數據傳輸設備的系統(tǒng)API，得到本地 CPU的當前利用率，當然也可以通過其他方式獲取。信宿端可以根據當前網絡環(huán)境下媒體數據傳輸的丟包率P、數據包的往返時間RTT (round trip time)、數據傳輸超時TO (Time-out) 結合在tl t2時段內數據量，計算當前的網絡帶寬Maxrate。信源端根據信宿端反饋的媒體數據傳輸參數信息，結合獲得的當前媒體數據傳輸設備的參數，調整編碼器的相應參數，從而將輸出碼流進行適應性調整，得到與當前網絡狀況相匹配的編碼碼流。信源端調整輸出碼流的策略具體如下信源端根據當前的網絡帶寬和當前CPU利用率對媒體數據傳輸的編碼碼流進行加權運算，得到當前狀況下的理想編碼模式。信源端通過控制編碼器，對媒體數據編碼得到理想輸出碼流。信源端按照該輸出碼流傳輸媒體數據。理想輸出碼流的計算方式如下Outrate = currentrateX (I-P) X0. 75 (5)其中，Outrate表示理想輸出碼流，currentrate表示當前的媒體數據碼流，P表示當前媒體數據傳輸的丟包率。H. 264又稱AVC，是MPEG-4標準定義的最新格式，同時也是技術含量最高、代表最新技術水平的視頻編解碼格式之一。H. 264的最大優(yōu)勢是具有很高的壓縮比率，具有低碼率、高質量的圖像、容錯能力強、網絡適應性強等特點。經過H. 264壓縮的視頻數據，在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟。在本發(fā)明中，對媒體數據編碼時采用X264編碼技術進行驗證和測試，并對部分編碼參數進行了優(yōu)化。根據H. 264編碼器的相關參數，進行了合理的設置，并搭配劃分了不同級別的編碼格式。該編碼格式從快到慢有如下幾種Ultrafast、veryfast, faster、fast、 medium、slow、slower、veryslow、placebo。針對編碼器的各編碼格式的設計如表1所示
權利要求
1.一種在視頻調度系統(tǒng)中實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于包括如下步驟傳輸媒體數據；在所述媒體數據的傳輸過程中，獲得媒體數據傳輸參數；根據用于傳輸媒體數據的設備參數信息，結合所述媒體數據傳輸參數，對媒體數據碼流進行調整；輸出經過調整的媒體數據碼流。
2.如權利要求1所述的實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于獲得媒體數據傳輸參數的步驟包括傳輸檢測檢測所述媒體數據在傳輸過程中的傳輸參數； 傳輸統(tǒng)計統(tǒng)計檢測到的各項傳輸參數，將結果維護到列表中； 參數反饋將統(tǒng)計的傳輸參數向所述信源端反饋。
3.如權利要求2所述的實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于 所述傳輸參數至少包括網絡抖動、時延、丟包率之一。
4.如權利要求2所述的實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于 通過RTCP協議向所述信源端反饋所述傳輸參數。
5.如權利要求1 4中任意一項所述的實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于所述設備參數信息至少包括CPU利用率、網絡帶寬之一。
6.如權利要求1所述的實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于信源端根據當前的網絡帶寬和CPU利用率對媒體數據碼流進行加權運算，得到當前狀況下的理想編碼模式；通過控制編碼器對媒體數據進行編碼，得到理想輸出碼流。
7.如權利要求6所述的實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，其特征在于 所述理想輸出碼流通過如下公式進行計算Outrate = currentrate X (I-P)X 0. 75其中，Outrate表示理想輸出碼流，currentrate表示當前的媒體數據碼流，P表示當前的丟包率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在視頻調度系統(tǒng)中實現動態(tài)碼流帶寬自適應的方法，包括如下步驟傳輸媒體數據；在媒體數據的傳輸過程中，獲得媒體數據傳輸參數；根據用于傳輸媒體數據的設備參數信息，結合媒體數據傳輸參數，對媒體數據碼流進行調整；輸出經過調整的媒體數據碼流。本發(fā)明通過采集媒體數據傳輸過程中的參數對視頻調度系統(tǒng)中的媒體數據傳輸進行可伸縮性設計、動態(tài)編碼，使得視頻調度系統(tǒng)更好地匹配網絡的動態(tài)變化，從而提高視頻調度系統(tǒng)的應用服務質量。
文檔編號H04N21/266GK102523486SQ20111046041
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者張云中, 張志坡, 林菁, 王志偉 申請人:北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司