流媒体在网络上高效传输的方法技术

本发明专利技术公开了一种流媒体在网络上高效传输的方法，包括以下步骤：获取流媒体在网络上传输所需的参数；通过组播源注册方式向网络中的汇聚路由器进行注册；通过路由器组播协议携带并扩散参数，动态分配组播地址，生成从流媒体数据源到汇聚路由器之间的保证带宽路径；建立约束参数为保证带宽和传输开始、结束时间的组播树，并根据带宽和流媒体数据的突发情况，对保证带宽和传输时间进行自适应调整；流媒体传输结束后，删除组播树，释放使用的组播组地址。本发明专利技术结合IP组播和应用层组播技术，并将参数发送至网络中的路由器或者交换机，实现网络中组播传输保证服务，使得互联网提供保证时延和带宽的实时服务成为可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据通信
，具体涉及流媒体在网络上高效传输的方法。
技术介绍
流媒体在互联网上的应用越来越多，使用流式传输技术传输音频、视频以及其它多媒体数据等连续媒体。采用这种方式，语音、视频信息经过采样、量化及编码压缩后，从流媒体服务器端以一定的间隔周期连续地发送到网络，接收端用户接收到部分多媒体数据后就可以开始解码并进行播放，后续接收的流媒体数据会持续不断地存入本地缓存，从而维持播放的连续性。用户只要等待一个相对较小的播放延时就可以播放多媒体数据，具有启动延时短，缓存容量小的优点，但是流式传输技术的播放质量容易受到网络带宽波动的影响，当网络拥塞严重时，易导致播放时出现高延时、抖动、跳帧、马赛克等现象。因此，实时流媒体对于实时性、网络带宽、容错性、媒体同步、播放平滑性等方面均有严格要求，如当语音延迟超过250ms，视频延迟超过1s时，就能明显感觉出停顿；当网络可用带宽较小时，采用高效编码压缩技术后的流媒体仍易导致严重的网络拥塞；当通过Internet传输时，要求能在一定程度上允许丢包的发生，并保持视频、音频等信息同步；当网络状况出现波动时，要求能通过设置播放缓冲机制等消除抖动，保证播放的平稳性等。当前的Internet是以Best-Effort方式工作的异构网络，其终端接入方式具有多样性，而其可用带宽、延迟抖动和丢包等因素也都是动态变化 和不可预知的，因此基于Internet网络的实时流媒体传输存在以下一些亟待解决的问题与挑战。(1)流媒体对网络可用带宽的要求较高，而当前的Internet并没有为流媒体预留出带宽，传统路由器采用的是存储转发、队列被动丢弃的方式，并未采用主动的拥塞控制方式，网络带宽的波动将容易造成流媒体的数据包的大延迟或被丢弃，从而对流媒体的传输与播放质量造成很大的影响。例如，一般实时压缩视频要求最小可用带宽为28KbPs，但是当前的Internet并没有为实时视频预留出其可用带宽，因此当网络可用带宽小于实时流媒体所要求的最小带宽时，容易导致流媒体包在路由器上大量拥塞并最终被路由器丢弃，从而大幅度降低实时视频的质量。(2)流媒体对于延迟的要求显著高于一般数据。如实时语音的延迟不能高于250ms，实时视频则不能大于ls，但是Internet并没有为实时流媒体数据提供延迟保证，流媒体数据仍然和一般数据一样，需要经历路由器的存储、排队、转发过程，当网络出现拥塞时，仅流媒体数据的在路由器上的队列延迟往往就会超过流媒体所要求的最小延迟，延迟到达对方的媒体数据包在播放时会造成停顿、抖动等用户无法接受的播放效果。(3)丢包对流媒体播放质量的影响。丢包是Internet中几乎不可避免的现象，也是工作在统计复用、路由选择、存储转发等技术基础之上的Internet的重要特征之一。丢包现象一般出现在路由器上，由路由器的丢包策略，如RED，DropTail等根据网络的拥塞状况来决定，当网络出现拥塞时丢包率会显著升高，而网络带宽充足时丢包率会降低。流媒体在传输之前，一般会进行打包或者是分包，例如将多个语音帧打包在一个IP包中，将一个视频帧分成几个IP包进行传输，而在收到数据包之后又会进行相应的分包或者是组包，例如将收到的一个语音包分成多个语音帧，多个视频包组成一个视频帧进行播放。显然，每一个流媒体数据包的丢失都会对播放产生影响，具有好的纠错与容错机制的编解码器可以在一定程度上减少 丢包对于播放质量的影响，但是当丢包率较大，编解码器无法纠错与容错时，例如当视频包的丢包率大于1％，音频包丢包率大于3％时，如果不顾丢失的流媒体包，将易造成播放错误或者播放时出现严重抖动、语音无法分辨、马赛克等现象，而如果使用一定的重传策略来重传丢失的媒体包，则显然又会造成较大的延迟。(4)网络的异构性与用户的异构性对流媒体的传输提出了更高的要求。在Internet中，网络资源，例如链路带宽、存储能力、处理能力、拥塞控制策略等的分布是非均匀的，异构的网络接入方式，如以太网、ADSL、WIFi、WIMax、GPRS、3G网络等，异构的终端设备，如PC机、笔记本、PDA或手机等，以及异构的用户需求，如要求音频优先、视频优先或速度优先等，都使得终端用户对于流媒体的传输需求、音视频质量需求具有差异性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供流媒体高效传输的方法，以解决网络中流媒体传输效率较低的问题。为解决以上问题，本专利技术提供的方案是提供一种流媒体在网络上高效传输的方法，包括以下步骤：获取流媒体在网络上传输所需的参数，所述参数包括带宽需求以及传输开始时间和结束时间；流媒体数据源通过组播源注册方式，向网络中的汇聚路由器进行注册；通过路由器组播协议携带并扩散所述参数的方式，汇聚路由器动态分配组播地址，并生成从流媒体数据源到汇聚路由器之间的保证带宽路径；建立约束参数为保证带宽、传输开始时间和传输结束时间的组播树，并在流媒体数据传输过程中，组播树的各传输节点根据带宽和流媒体数据的突发情况，对保证带宽和传输时间进行自适应调整；流媒体传输结束后，删除组播树，释放使用的组播组地址。在上述方法中，基于视频质量评估模型计算获得流媒体在网络上传输所需的传输带宽，视频质量评估模型如下：Score＝Sq×(1-0.092×(1+2e-St)×(5-St)-0.018×(1+2e-Ss)×(5-Ss))；其中，Score表示视频质量量化数值；Sq表述视频源量化数值，Qm表示当前清晰度下的视频源质量评分的最大值，对于清晰度为4K、2K、1080P、720P、480P和360P的视频，Qm值分别为4.9、4.8、4.5、4.0、3.6和2.8；Vr表示视频带宽数值，其单位为Kbps，数值为视频大小除以视频时长；Vc表示视频编码算法对应的数值，H.264、H.265和VP9三种编码算法对应的数值分别为0、1和2；Cp为视频编码等级对应的数值，Base、Main和High对应的数值分别为0、1和2；Vb为视频清晰度对应的数值，360p、480p、720p、1080p、2k和4k对应的数值分别0、1、2、3、4和5；St表示初始缓冲时长量化数值，其数值由传输带宽计算获得；Ss表示卡顿时长量化数值，其数值由视频带宽和传输带宽计算获得。在上述方法中，流媒体数据源向汇聚路由器注册的过程如下：流媒体数据源向汇聚路由器发送组播传送请求报文，该报文封装为注册报文，不包含组播地址信息，并通过单播方式发送给汇聚路由器；汇聚路由器收到注册报文后，解析报文内容，并根据注册报文类型，判断需要分配的组播地址；汇聚路由器根据网络中组播组地址的使用情况，从自己的组播地址池中分配组播地址，并将该组播组地址通告其他路由器，并申明自己为该组播地 址的汇聚路由器；汇聚路由器将分配的组播地址向流媒体数据源逐跳发送加入报文，形成从汇聚路由器到流媒体数据源的组播树；流媒体数据源收到分配的组播地址之后，继续向汇聚路由器发送注册报文，该报文中包含组播组地址、开始时间、结束时间和最小带宽需求；汇聚路由器收到注册报文后，根据组播组地址、开始时间、结束时间和最小带宽，向流媒体数据源逐跳发送携带带宽保证信息、开始时间和结束时间的路径消息；从汇聚路由器到流媒体数据源所经过的路由器收到以上路径消息之后，配置基于时间的ACL信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
流媒体在网络上高效传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取流媒体在网络上传输所需的参数，所述参数包括带宽需求以及传输开始时间和结束时间；流媒体数据源通过组播源注册方式，向网络中的汇聚路由器进行注册；通过路由器组播协议携带并扩散所述参数的方式，汇聚路由器动态分配组播地址，并生成从流媒体数据源到汇聚路由器之间的保证带宽路径；建立约束参数为保证带宽、传输开始时间和传输结束时间的组播树，并在流媒体数据传输过程中，组播树的各传输节点根据带宽和流媒体数据的突发情况，对保证带宽和传输时间进行自适应调整；流媒体传输结束后，删除组播树，释放使用的组播组地址。

【技术特征摘要】
1.流媒体在网络上高效传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取流媒体在网络上传输所需的参数，所述参数包括带宽需求以及传输开始时间和结束时间；流媒体数据源通过组播源注册方式，向网络中的汇聚路由器进行注册；通过路由器组播协议携带并扩散所述参数的方式，汇聚路由器动态分配组播地址，并生成从流媒体数据源到汇聚路由器之间的保证带宽路径；建立约束参数为保证带宽、传输开始时间和传输结束时间的组播树，并在流媒体数据传输过程中，组播树的各传输节点根据带宽和流媒体数据的突发情况，对保证带宽和传输时间进行自适应调整；流媒体传输结束后，删除组播树，释放使用的组播组地址。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于视频质量评估模型计算获得流媒体在网络上传输所需的传输带宽，视频质量评估模型如下：Score＝Sq×(1-0.092×(1+2e-St)×(5-St)-0.018×(1+2e-Ss)×(5-Ss))；其中，Score表示视频质量量化数值；Sq表述视频源量化数值，Qm表示当前清晰度下的视频源质量评分的最大值，对于清晰度为4K、2K、1080P、720P、480P和360P的视频，Qm值分别为4.9、4.8、4.5、4.0、3.6和2.8；Vr表示视频带宽数值，其单位为Kbps，数值为视频大小除以视频时长；Vc表示视频编码算法对应的数值，H.264、H.265和VP9三种编码算法对应的数值分别为0、1和2；Cp为视频编码等级对应的数值，Base、Main和High对应的数值分别为0、1和2；Vb为视频清晰度对应的数值，360p、480p、720p、1080p、2k和4k对应的数值分别0、1、2、3、4和5；St表示初始缓冲时长量化数值，其数值由传输带宽计算获得；Ss表示卡顿时长量化数值，其数值由视频带宽和传输带宽计算获得。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，流媒体数据源向汇聚路由器注册的过程如下：流媒体数据源向汇聚路由器发送组播传送请求报文，该报文封装为注册报文，不包含组播地址信息，并通过单播方式发送给汇聚路由器；汇聚路由器收到注册报文后，解析报文内容，并根据注册报文类型，判断需要分配的组播地址；汇聚路由器根据网络中组播组地址的使用情况，从自己的组播地址池中分配组播地址，并将该组播组地址通告其他路由器，并申明自己为该组播地址的汇聚路由器；汇聚路由器将分配的组播地址向流媒体数据源逐跳发送加入报文，形成从汇聚路由器到流媒体数据源的组播树；流媒体数据源收到分配的组播地址之后，继续向汇聚路由器发送注册报文，该报文中包含组播组地址、开始时间、结束时间和最小带宽需求；汇聚路由器收到注册报文后，根据组播组地址、开始时间、结束时间和最小带宽，向流媒体数据源逐跳发送携带带宽保证信息、开始时间和结束时间的路径消息；从汇聚路由器到流媒体数据源所经过的路由器收到以上路径消息之后，配置基于时间的ACL信息，保证该组播组地址对应的流媒体传输带宽保证；以上消息的传送，通过状态机进行切换，如果没有收到相应的应答，则根据定时器机制进行重传，直至建立成功。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，汇聚路由器建立约束参数为保证带宽的组播树的过程如下：当接收者准备从流媒体数据源接收流媒体信息时，先通过单播方式从流媒体数据源获...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪学舜，余少华，戴锦友，
申请(专利权)人：武汉烽火网络有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42