一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法技术方案

本发明专利技术公开一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，基于广域网实现数据传输，云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干手机，设备端设有丢包重发的重发缓冲区，手机上安装与设备对应的APP，包括步骤：设备采集视频图像，用H.264编码器进行压缩编码后，用多路转发器通过云对讲协议发送到手机APP，发送失败的数据缓存到重发缓冲区；视频码率自适应控制模块定时读取重发缓冲区的充满度值，取最大值判断网络状况，并根据结果重设实时视频码率。本发明专利技术根据网络拥塞情况实现视频码率实时调整，使其接近但不超过广域网实时带宽，既可最大程度地利用网络带宽，又可避免因网络拥塞引起手机的APP视频延时卡顿。

【技术实现步骤摘要】
一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法
本专利技术涉及数据传输领域，特别是指一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法。
技术介绍
在智慧社区的云对讲系统中，智能门禁设备可通过广域网与手机APP进行可视对讲。但是广域网实际网络带宽会随时间动态变化。使用单一码率进行视频压缩传输有如下缺点：当视频码率小于实际网络带宽时，手机APP接收播放的视频画质会较差；而当视频码率大于实际网络带宽时，手机APP接收播放的视频又会出现卡顿现象。现有的技术方案中，TCP协议采用加性增乘性减（AIMD）的算法来实现网络拥塞控制。加性增的思想是，当检测到网络无拥塞（即收到未确认的数据的ACK包）时，每收到一个ACK包就把拥塞窗口值（CongWin）增加一个MSS*(MSS/CongWin)（其中MSS表示最大报文段长度）；乘性减的思想是，当发生丢包的事件时，拥塞窗口每次减为上次的一半。该拥塞控制协议的类线性增长阶段被称为避免拥塞阶段。在网络传输过程中，拥塞窗口值会重复的经历一个升降循环，即重复的类线性增长又突然降至一半，所以拥塞窗口的变化是锯齿状的。使用加性增乘性减的拥塞控制算法的好处是：当网络好的情况下，简单的类线性的增加传输码率，直到发生网络包丢失时才停止增加，这样码率的增加较慢，可实现谨慎探测可用带宽；遇到拥塞的情况时，乘性的减少码率，这样码率的减少较快，可避免网络包持续丢失。用这个拥塞控制算法加上丢包重发机制，可实现较高的网络带宽利用率。而且，如果一个设备有多个使用加性增乘性减控制的TCP流，这些流最终会收敛到对线路的等量竞争使用状态。上述技术方案无法直接用于广域网视频传输码率控制。当视频数据在实际广域网传输中，会遇到复杂多变的网络状况，上述技术方案对视频码率的调整欠缺针对性和灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，能根据网络拥塞状况对视频码率进行实时调整，最大限度利用网络带宽，避免手机APP视频卡顿。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，基于广域网实现数据传输，所述云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干台手机，设备端设置有用于实现丢包重发的重发缓冲区，手机上安装有与设备对应的APP，包括以下步骤：步骤1、设备实时采集视频图像，用H.264编码器对视频图像进行压缩编码，然后将压缩数据用多路转发器通过云对讲协议发送到各台手机的APP中，没有发送成功的压缩数据缓存到重发缓冲区中；步骤2、视频码率自适应控制模块每隔T时间读取一次每一路的重发缓冲区的充满度值，进行判断每一路的网络拥塞状况：当F＜Fmin时，网络空闲；当Fmin≤F≤Ffull时，网络满载；当F＞Ffull时，网络轻微拥塞；当F≥Fblink时，网络中度拥塞；当F＜Fblink时，网络从中度拥塞中恢复；当F≥Fstop时，网络严重拥塞；当F＜Fstop时，网络从严重拥塞中恢复；当F≥Fstop且F连续N1次递增或连续N2次F≥Ffullstop时，网络极度拥塞；其中，T、Fmin、Ffull、Fblink、Fstop、Ffullstop、N1和N2均为常数，且Fmin＜Ffull＜Fblink＜Fstop＜Ffullstop；步骤3、视频码率自适应控制模块根据步骤2中读取的充满度值中的最大值，进行判断整体的网络拥塞状况，计算并重新设置H.264编码器的实时视频码率R，该实时视频码率R调整的范围为[Rmin，Rmax]：当网络空闲时，R=min｛（R+AIRmax），Rmax｝；当网络满载时，R=｛（R+AIRmin），Rmax｝；当网络轻微拥塞时，R=max｛（α×R），Rmin｝；其中Rmin、Rmax、AIRmax、AIRmin和α均为常数；步骤4、针对每一路的网络拥塞状况，当网络中度拥塞时，每隔T时间切换一次多路转发器的视频停止发送/启动发送状态，即间歇性发送视频；当网络从中度拥塞中恢复时，停止间歇性发送视频，该路按照实时视频码率R持续发送视频；当网络严重拥塞时，停止该路的视频发送；当网络从严重拥塞中恢复时，重新启动该路的视频发送；当网络极度拥塞时，完全关闭该路的视频发送，直到这次对讲或监视结束。所述步骤1中，设备为智能门禁设备的摄像头。所述步骤2中，T=750ms，Fmin=0.01，Ffull=0.02，Fblink=0.0425，Fstop=0.065，Ffullstop=0.085，N1=5，N2=5。所述步骤3中，Rmin=240kbps，Rmax=800kbps，AIRmax=24kbps，AIRmin=10kbps，α=0.80。所述步骤3中，当某路视频开启发送时，H.264编码器把下一帧强制编成IDR帧。采用上述方法后，本专利技术可实现根据网络拥塞情况实现对视频码率进行调整，使视频码率接近但不超过广域网实时带宽，这样既可最大程度地利用网络带宽，又可避免因网络拥塞引起手机的APP视频延时卡顿。附图说明图1为本专利技术具体实施例的流程示意图。具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。参考图1所示，本专利技术为一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，基于广域网实现数据传输，上述云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干台手机，设备端设置有用于实现丢包重发的重发缓冲区，手机上安装有与设备对应的APP，包括以下步骤：步骤1、设备实时采集视频图像，用H.264编码器对视频图像进行压缩编码，然后将压缩数据用多路转发器（转发路数≥1）通过云对讲协议发送到各台手机的APP中，没有发送成功的压缩数据缓存到重发缓冲区中。步骤2、视频码率自适应控制模块每隔T时间读取一次每一路的重发缓冲区的充满度值，进行判断每一路的网络拥塞状况：当F＜Fmin时，网络空闲；当Fmin≤F≤Ffull时，网络满载；当F＞Ffull时，网络轻微拥塞；当F≥Fblink时，网络中度拥塞；当F＜Fblink时，网络从中度拥塞中恢复；当F≥Fstop时，网络严重拥塞；当F＜Fstop时，网络从严重拥塞中恢复；当F≥Fstop且F连续N1次递增或连续N2次F≥Ffullstop时，网络极度拥塞；其中，T、Fmin、Ffull、Fblink、Fstop、Ffullstop、N1和N2均为常数，根据用户的需求设置，且Fmin＜Ffull＜Fblink＜Fstop＜Ffullstop。步骤3、视频码率自适应控制模块根据步骤2中读取的充满度值中的最大值，进行判断整体的网络拥塞状况，计算并重新设置H.264编码器的实时视频码率R，该实时视频码率R调整的范围为[Rmin，Rmax]：当网络空闲时，R=min｛（R+AIRmax），Rmax｝，速率按常量AIRmax增加；当网络满载时，R=｛（R+AIRmin），Rmax｝，速率按AIRmin试探性的增加；当网络轻微拥塞时，R=max｛（α×R），Rmin｝，采用乘性因子α快速降低视频码率；其中Rmin、Rmax、AIRmax、AIRmin和α均为常数，根据用户的需求设置；步骤4、针对每一路的网络拥塞状况，当网络中度拥塞时，每隔T时间切换一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，其特征在于：基于广域网实现数据传输，所述云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干台手机，设备端设置有用于实现丢包重发的重发缓冲区，手机上安装有与设备对应的APP，包括以下步骤：步骤1、设备实时采集视频图像，用H.264编码器对视频图像进行压缩编码，然后将压缩数据用多路转发器通过云对讲协议发送到各台手机的APP中，没有发送成功的压缩数据缓存到重发缓冲区中；步骤2、视频码率自适应控制模块每隔T时间读取一次每一路的重发缓冲区的充满度值，进行判断每一路的网络拥塞状况：当F＜Fmin时，网络空闲；当Fmin≤F≤Ffull时，网络满载；当F＞Ffull时，网络轻微拥塞；当F≥Fblink时，网络中度拥塞；当F＜Fblink时，网络从中度拥塞中恢复；当F≥Fstop时，网络严重拥塞；当F＜Fstop时，网络从严重拥塞中恢复；当F≥Fstop且F连续N1次递增或连续N2次F≥Ffullstop时，网络极度拥塞；其中，T、Fmin、Ffull、Fblink、Fstop、Ffullstop、N1和N2均为常数，且Fmin＜Ffull＜Fblink＜Fstop＜Ffullstop；步骤3、视频码率自适应控制模块根据步骤2中读取的充满度值中的最大值，进行判断整体的网络拥塞状况，计算并重新设置H.264编码器的实时视频码率R，该实时视频码率R调整的范围为[Rmin，Rmax]：当网络空闲时，R=min｛（R+AIRmax），Rmax｝；当网络满载时，R=｛（R+AIRmin），Rmax｝；当网络轻微拥塞时，R=max｛（α×R），Rmin｝；其中Rmin、Rmax、AIRmax、AIRmin和α均为常数；步骤4、针对每一路的网络拥塞状况，当网络中度拥塞时，每隔T时间切换一次多路转发器的视频停止发送/启动发送状态，即间歇性发送视频；当网络从中度拥塞中恢复时，停止间歇性发送视频，该路按照实时视频码率R持续发送视频；当网络严重拥塞时，停止该路的视频发送；当网络从严重拥塞中恢复时，重新启动该路的视频发送；当网络极度拥塞时，完全关闭该路的视频发送，直到这次对讲或监视结束。...

【技术特征摘要】
1.一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法，其特征在于：基于广域网实现数据传输，所述云对讲系统包括用于采集视频的设备、H.264编码器、多路转发器、视频码率自适应控制模块和若干台手机，设备端设置有用于实现丢包重发的重发缓冲区，手机上安装有与设备对应的APP，包括以下步骤：步骤1、设备实时采集视频图像，用H.264编码器对视频图像进行压缩编码，然后将压缩数据用多路转发器通过云对讲协议发送到各台手机的APP中，没有发送成功的压缩数据缓存到重发缓冲区中；步骤2、视频码率自适应控制模块每隔T时间读取一次每一路的重发缓冲区的充满度值，进行判断每一路的网络拥塞状况：当F＜Fmin时，网络空闲；当Fmin≤F≤Ffull时，网络满载；当F＞Ffull时，网络轻微拥塞；当F≥Fblink时，网络中度拥塞；当F＜Fblink时，网络从中度拥塞中恢复；当F≥Fstop时，网络严重拥塞；当F＜Fstop时，网络从严重拥塞中恢复；当F≥Fstop且F连续N1次递增或连续N2次F≥Ffullstop时，网络极度拥塞；其中，T、Fmin、Ffull、Fblink、Fstop、Ffullstop、N1和N2均为常数，且Fmin＜Ffull＜Fblink＜Fstop＜Ffullstop；步骤3、视频码率自适应控制模块根据步骤2中读取的充满度值中的最大值，进行判断整体的网络拥塞状况，计算并重新设置H.264编码器的实时视频码率R，该实时视频码率R调整的范围为[Rmin，Rmax]：当网络空闲时，R=min｛（...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢刚，练德昌，张涛，
申请(专利权)人：厦门立林科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35