无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法，所述无线视频监控系统包括服务端和客户端两部分，所述服务端和客户端之间通过网络连接；对该无线视频监控系统做出如下设置：1.监控系统选用单播传输；2.网络带宽在多个客户端时不能满足性能要求；3.网络实际带宽为固定值；4.视频源码率可调节；其特征在于：服务端根据网络的带宽和视频分辨率选定初始码率，在有客户端接入或退出网络时根据客户端数量实时调整视频源编码码率。利用基于客户端数量的码率自适应方法，在客户端申请连接或退出时，服务端根据客户端数量调整码率，不仅提高了带宽利用率也增强了用户体验。

【技术实现步骤摘要】
无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法
本专利技术涉及一种基于客户端数量的码率自适应方法，在客户端数量变化时实时调整码率，增大网络带宽利用率，提高用户体验；适用于无线视频监控系统，特别是在用于家庭安防的小型嵌入式视频监控系统中效果明显。
技术介绍
随着计算机、网络通信、图像处理等相关技术的迅速发展和进步，视频监控技术不断创新，同时由于人们对安防问题的日益关注，视频监控市场的需求在全球范围内都已经显著增长。随着无线接入技术的日益发展和不断成熟，基于无线网络的新型嵌入式视频监控系统正在兴起，并在家庭安防等应用中占据重要地位，也是视频监控的发展方向。用于家庭安防的小型嵌入式监控系统对系统的成本和体积有更高的要求，因此一般采用两端模式，即服务端和客户端。这种设计模式与传统监控系统相比大幅度降低了成本，减小了产品体积，同时节省了采集端上传数据到服务器的网络开销，在家庭安防应用中具有很大的优势。无线网络视频监控系统通过无线网络把监控端的音视频数据传输到客户端，而无线网络的带宽是有限的，庞大的音视频数据量对网络的负载能力是一大挑战。经过测试，在宽阔无障碍的室内，WLAN的网络带宽下载速度可以达到10Mbps；在房间分割较多的家庭环境中，无线信号变差，WLAN的网络带宽下载速度仅有3Mbps，而且与无线网络设备的性能有很大关系；3G移动互联网的下载速度大约在3Mbps；而且网络的上行速度更慢。由此看出，无线网络能提供的带宽是有限的。网络通信有三种方式单播、组播、广播。广播具有盲目性，不适用于网络视频监控系统。组播是这几年比较热门的通信技术，已经在视频点播、IPTV系统中逐渐得到应用。下面对组播技术和单播技术进行了比较：1、组播是指将请求相同数据流的客户端加入一个组播组中，这些客户端共享同一数据流，节省了服务器的负载，在网络带宽受限的系统中节省了带宽。单播是针对每个客户端的点对点通信模式，随着客户端数量的增加，数据传输占用的网络带宽加倍，在网络带宽受限的系统具有一定的劣势。2、组播与单播协议相比没有流量控制和检错纠错机制，虽然可以通过一定的容错机制和QoS加以弥补，但这些只是在理论上的解决方案，在现行网络中还没有应用起来。3、组播的安全性较低，存在安全隐患。组播理论上是允许组播成员随时加入或离开组播组的，在这个网段的所有设备都可以随时申请加入组播组，这就引入了不安全因素，多播的安全性一直是比较棘手的问题。基于有线网络的组播安全性问题有一些研究，提出了很多种方案，但还没有方案能高效地解决组播的安全问题，并且目前处于理论研究阶段，还没有真正应用到应用系统中。无线网络多播和一般因特网多播有一定的差异，安全问题更为棘手。差异性主要在于无线网络设备的处理能力较差、连接的动态性以及可移动性，这些特性对相应的安全处理算法有较大的影响。目前利用组播方案的系统，大都是用在交通、治安、IPTV(网络电视系统)或是公共场所，在家庭安防应用中保护用户隐私安全更为重要，对安全性要求更高。而与组播相比，单播是点对点的可靠通信，不存在此安全问题。4、组播网络的搭建要求网路中有支持组播协议IGMP的三级交换机或支持组播路由协议的路由器设备，并且所有二层或三层交换机和路由器都支持组播协议IGMP或者IGMPSnooping协议，而并不是所有设备都支持组播。基于以上分析很多系统依旧选用单播通信方式。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法，以提高无线视频监控系统中网络带宽利用率，增强用户体验。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法，所述无线视频监控系统包括服务端和客户端两部分，所述服务端和客户端之间通过网络(一般为无线网络)连接；服务端负责与客户端交互，完成视频数据的采集和编码，并把视频数据转发给请求的客户端；客户端与服务端建立连接后，接收监控视频数据并解码显示；对该无线视频监控系统做出如下设置：1、受硬件条件限制或基于传输安全性考虑，监控系统选用单播传输；2、网络带宽无波动或波动很小可忽略，即设网络实际带宽为固定值；利用单播传输时由于客户端增加引起的网络带宽占用量远大于带宽波动，故不考虑无线网络的波动，即认为网络是稳定的，带宽是固定的3、视频源码率可调节；服务端根据网络的带宽和视频分辨率选定初始码率，在有客户端接入或退出网络时根据客户端数量实时调整视频源编码码率。服务端根据网络的带宽和视频分辨率选定初始码率：网络的带宽是有限的，设网络的带宽为aMbps，当前视频分辨率的最大性能码率为bMbps：若a＞b，则设置初始码率为bMbps；否则，则设置初始码率为aMbps。在特定分辨率下，视频的码率越大，视频效果越好，但码率增大到一定程度后，视频效果变化不明显，称此时码率为当前分辨率的最大性能码率。当有客户端接入或退出网络时，服务端根据客户端数量实时调整视频源编码码率，码率计算算法如下：设调整前码率为cMbps，客户端数目为num；当有新客户端接入时，若c*(num+1)＞a，则调整码率为a/(num+1)，否则码率维持不变；当有客户端退出时，若c*(num-1)≤b，则调整码率为a/(num-1)，否则码率维持不变。有益效果：本专利技术提供的无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法，首先对初始码率进行了选择，使得系统初始用户体验最佳；然后在有客户端加入或退出时，采用基于客户端数目的码率自适应，使得在有限的带宽下，带宽利用率最高，用户体验最好；这就相当于一个供水管道给多个用水阀门供水一样，管道单位时间的可供水量是一定的(相当于网络带宽一定)，只有一个用水阀门打开时，水量会很大；当打开多个用水阀门同时打开时，水量变小，多个用水阀门平均分配管道的供水量；如果在多客户端监控系统中不采用基于客户端数量的码率自适应方案，就相当于把每个用水阀门的水量调到最低，不管在此供水管道中有几个用水阀门打开，每个用水阀门水量都保持最低状态，很明显这不是用户期望的。附图说明图1为本专利技术基于的无线网络视频监控系统的基本框架；图2为无线网络视频监控系统服务端的软件架构；图3为采用了基于客户端数量的码率自适应方案后的服务端软件架构；图4为码率自适应调整的过程。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。随着无线接入技术的日益发展和不断成熟，基于无线网络的新型嵌入式视频监控系统正在兴起，并在家庭安防等应用中占据重要地位。无线网络的带宽相对有线网络是有限的，在视频监控系统中庞大的音视频数据量对网络的负载能力是一大挑战。虽然对于多播技术的研究越来越多，但其在安全性和普适性方面还有很大不足，限制了其在家庭安防的视频监控系统中的应用。受硬件条件限制或对安全性的要求在很多家庭安防的视频监控系统中依旧采用单播的网络传输方式。利用单播传输占用的网络带宽会随着客户端数量的增加而成倍增加。为保证客户端数量最多时监控视频的流畅性和完整性，码率应该设置为在连接客户端数量最多时能够正常观看监控视频的码率。若系统不会出现或很少达到客户端最大数量，而码率设置为最低码率，不仅降低了带宽利用率，而且降低了用户体验。图1为本专利技术基于的无线网络视频监控系统的基本框架，本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法，所述无线视频监控系统包括服务端和客户端两部分，所述服务端和客户端之间通过网络连接；对该无线视频监控系统做出如下设置：1、监控系统选用单播传输；2、网络实际带宽为固定值；3、视频源码率可调节；其特征在于：服务端根据网络的带宽和视频分辨率选定初始码率，在有客户端接入或退出网络时根据客户端数量实时调整视频源编码码率。

【技术特征摘要】
1.无线视频监控系统中基于客户端数量的码率自适应方法，所述无线视频监控系统包括服务端和客户端两部分，所述服务端和客户端之间通过网络连接；对该无线视频监控系统做出如下设置：1、监控系统选用单播传输；2、网络实际带宽为固定值；3、视频源码率可调节；其特征在于：服务端根据网络的带宽和视频分辨率选定初始码率，设网络的带宽为aMbps，当前视频分辨率的最大性能码率为bMbps：若a>b，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄少珉，王盼，戚隆宁，孙敬敬，温蓝平，王国军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32