基于视频帧拆分的实时流媒体传输方法及系统技术方案

一种基于视频帧拆分的实时流媒体传输方法，包括以下步骤：（１）控制流媒体服务器对整个Ｐ２Ｐ对等网的拓扑结构进行探测，获得对等网中的所有接收端节点的信息；（２）捕获原始视频数据并压缩；（３）对每个拆分出的视频帧按先后顺序编号，并加入时间戳和帧类型标志，进行封装；（４）视频帧传输；（５）接收端创建有时限的缓冲区，接收视频帧，按时间戳顺序在缓冲区排序存放；（６）对限时缓冲区内的视频帧进行校验与调整；（７）接收端解压并播放。及一种用所述实时流媒体传输方法构筑的系统。本发明专利技术能够支持多种视频压缩方法，在视频压缩帧的层次上进行细粒度拆分，拆分后的视频帧在Ｐ２Ｐ对等网拓扑结构中独立传输，可网速动态调整视频帧率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种P2P对等网中基于视频帧拆分的流媒体传输方法和系统。(二)
技术介绍
P2P是peer—to—peer的縮写，P2P也就可以理解为点对点 的意思，或称为对等网。从网络传输的方式上来说，点对点是一种传 输模式，传统传输方式包括广播和组播等。对等网的概念是指在网络 拓扑结构中，存在很多设备和网络主机，只要是以单个网络主机开始 到其他单个网络主机的数据传输都称为是点对点，与具体实现的软件、 协议和方式无关。P2P技术是一种用于不同PC用户之间，不经过服务器设备直接交 换数据或服务的技术。它打破了传统的Client/Server模式，在对等 网络中每个节点的地位都是相同的，具备客户端和服务器双重特性， 可以同时作为服务使用者和服务提供者。由于P2P技术的飞速发展， 互联网的存储模式将由目前的内容位于中心模式转变为内容位 于边缘模式，改变Internet现在的以大网站为中心的状态，重返非 中心化。P2P实时流媒体技术是在P2P对等网基础上产生的流媒体应用。 传统方式中，用户在互联网上观看视频流媒体，需要从服务器端下载 一段视频数据，然后用户的电脑上播放一段，重复此过程，实现视频 播放功能。因此C/S结构中用户只能从服务器端下载资源，而P2P流媒体使用户在观看视频流媒体时，可以与同时在观看该视频的用户之 间进行资源利用，用户可以从这些用户中同时下载视频数据，该方法 大大提高了效率与速度。P2P流媒体服务器首先将视频数据传输给几 个用户，后面的用户不是从服务器直接获得数据，而是从前面的用户 获得数据。实时流媒体的数据是根据实况转播设备实时得到并压縮的，在P2P实时流媒体传输过程中，视频数据首先在服务器中进行压縮，然 后以特定长度的时间段为分界，在P2P对等网中进行数据传输。因此， 这种方式是一种粗粒度的传输方式，即传输过程中很难做到根据实际 带宽的变化调整视频效果。也有采用自适应方法为多码率(MBR)压縮， 该方法是在进行视频压縮的时候对多个码率进行计算，从而适应不同 的客户端带宽。但是多码率压縮成倍的增加了服务器的负荷，而且视 频传输还是按时间段进行的，并且对带宽波动的调整速度较慢。
技术实现思路
为了克服已有技术中P2P对等网中实时流媒体的视频数据时段压 縮的粗粒度性和网速波动自适应慢的不足，本专利技术提供一种能够支持 多种视频压縮方法，在视频压縮帧的层次上进行细粒度拆分，拆分后 的视频帧在P2P对等网拓扑结构中独立传输，可网速动态调整视频帧 率的一种P2P对等网中基于视频帧拆分的流媒体传输方法&系统。本专利技术的技术方案是一种基于视频帧拆分的实时流媒体传输方法，包括以下步骤 (1 )控制流媒体服务器对整个P2P对等网的拓扑结构进行探测， 获得对等网中的所有接收端节点的信息，包括互联网地址、可用端口、 上行带宽、下行带宽；(2) 捕获原始视频数据并压縮-发送端捕获设定的时间段内的原始视频位图数据，然后对视频数据进行压缩；(3) 拆分视频帧并封装网络传输单元(3. 1)从视频数据中拆分出I帧、B帧或P帧；(3. 2)对每个拆分出的视频帧按先后顺序编号，并加入时间戳和 帧类型标志；(3. 2)对每个视频帧、其编号、时间戳和帧类型标志进行封装； I帧是帧内压縮方法产生的视频帧，因此可以独立解码，不依赖其 他视频帧；B帧和P帧是帧间压縮方法，依赖其他的视频帧来进行解码。(4) 视频帧传输 (4.1)发送端査找当前P2P对等网中连接到接收端的最优传输路径，即发送延迟最短的路径，最优路径是指由P2P对等网拓扑所提供的节点 与节点之间延迟最短的一条通路，即传输延迟最短的转发节点序列， 该路径通过询问各个已知路径判断得到；(4. 2)将一个视频帧通过该路径发送往接收端，并在每次发送过 程中都重新査找最优传输路径；(5) 视频帧接收(5. 1)接收端创建有时限的缓冲区，非该时限内到达的视频帧被 丢弃；(5. 2)从P2P对等网中接收视频帧，并按时间戳顺序在限时缓冲区 中排序存放；(6) 对限时缓冲区内的视频帧进行校验与调整检査视频帧是否按照时间戳的先后顺序进行排列；P帧和B帧所依赖的视频帧是否存在于缓 冲区中，如不存在，则将该P帧或B帧剔除出缓冲区；(7)接收端解压并播放接收端对限时缓冲区内经过校验与调整的视频数据进行解压。所述的各种压縮算法包括H. 261、 H. 263、 MPEG2或MPEG4。 一种用基于视频帧拆分的实时流媒体传输方法构筑的系统，主要 包括发送端和接收端 所述的发送端包括 探测模块用于获得对等网中的所有接收端节点的信息； 路径计算模块用于计算所有接收端节点的信息，得出最优传输路径； 视频捕获模块用于从外部视频采集设备捕获视频的原始图像； 视频压缩模块用于根据需要调用视频压縮算法，对原始视频数据进 行压縮；视频帧拆分模块将压縮后的每个视频帧，从压縮的视频数据中拆分出;5J5;网络传输单元封装模块用于对每个视频帧、其编号、时间戳和帧类 型标志进行封装为P2P结构中的传输单元；P2P对等网传输模块用于将传输单元发送到P2P对等网中； 所述的接收端包括P2P对等网传输模块用于从P2P对等网中接收传输单元；限时缓冲区操作模块用于建立和维持一个具有时间限制的缓冲区；视频帧校验模块用于检査视频帧是否按照时间戳的先后顺序进行排 列；P帧和B帧所依赖的视频帧是否存在于缓冲区中，如不存在，则将该P帧或B帧剔除出缓冲区；视频解码模块用于根据需要调用各种现有的视频解压算法。 本专利技术的工作原理是在现有P2P对等网的基础上，对实时流媒体传输方法进行改进，对于采用帧内压縮和帧间压縮混合的视频数据压縮方法均可以实现，包括H.261、 H. 263、 MPEG2、 MPEG4等。帧内压 縮不使用运动补偿，不必参考其他帧进行压縮编码，只利用单帧图像 内的空间相关性，是解码的基准帧。帧间压縮同时利用了图像信息空 间和时间上的相关性，采用运动检测和前向时间预测，提高压缩效率 和图像质量，其解码必须参考之前的帧。本方法将视频压縮数据中的 I帧、P帧和B帧都独立拆分为单独的网络传输单元，并加入时间戳和 依赖信息，将各个独立的网络传输单元通过P2P对等网传输路径传输 到接收点，在限时缓冲区中进行临时存储。限时缓冲区用于存放一个 时间段内的视频压縮数据，如果到达时限则整理缓冲区内已经接收到 的视频帧的一致性和依赖性。将校验后的缓冲区进行视频解压即可得 到对应的视频数据。受到网速波动的影响，可能有一个或多个视频帧 在网络传输过程中丢失或未按时到达，则丢弃该帧，实现了对带宽波 动提供不同视频帧率的细粒度自适应特性。本专利技术所述的基于视频帧拆分的实时流媒体传输方法/i系统的有 益效果主要表现在1、对于视频图像采用帧内压縮和帧间压縮混合的 视频数据压縮方法，可对使网络传输单元从基于时间段的视频压縮数 据转变为细粒度的视频帧数据，进一步利用了P2P对等网的效率，提 高了传输速度；2、设置缓冲区接收时限内的视频帧，并根据视频帧的 相关性和时间戳进行排序和还原，并检査数据一致性，排除限时缓冲 区中的无效视频帧，实现对网络带宽波动的自适应调整，为不同的用户提供不同的视频图像效果；3、可以在使用单一压縮方法的情况下自 适应不同的播放帧率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视频帧拆分的实时流媒体传输方法，其特征在于包括以下步骤：（１）控制流媒体服务器对整个Ｐ２Ｐ对等网的拓扑结构进行探测，获得对等网中的所有接收端节点的信息；（２）捕获原始视频数据并压缩：发送端捕获设定的时间段内的 原始视频位图数据，然后对视频数据进行压缩；（３）拆分视频帧并封装网络传输单元：（３．１）从视频数据中拆分出Ｉ帧、Ｂ帧或Ｐ帧；（３．２）对每个拆分出的视频帧按先后顺序编号，并加入时间戳和帧类型标志；（３．２）对 每个视频帧、其编号、时间戳和帧类型标志进行封装；（４）视频帧传输：（４．１）发送端查找当前Ｐ２Ｐ对等网中连接到接收端的最优传输路径，即发送延迟最短的路径，该路径通过遍历各个已知的Ｐ２Ｐ网络路径得到；（４．２）将一个视 频帧通过该路径发送往接收端，并在每次发送过程中都重新查找最优传输路径；（５）视频帧接收：（５．１）接收端创建有时限的缓冲区，非该时限内到达的视频帧被丢弃；（５．２）从Ｐ２Ｐ对等网中接收视频帧，并按时间戳顺序在限时缓冲 区中排序存放；（６）对限时缓冲区内的视频帧进行校验与调整：检查视频帧是否按照时间戳的先后顺序进行排列；Ｐ帧和Ｂ帧所依赖的视频帧是否存在于缓冲区中，如不存在，则将该Ｐ帧或Ｂ帧剔除出缓冲区；（７）接收端解压并播放：接收端对限时缓 冲区内经过校验与调整的视频数据进行解压。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于视频帧拆分的实时流媒体传输方法，其特征在于包括以下步骤(1)控制流媒体服务器对整个P2P对等网的拓扑结构进行探测，获得对等网中的所有接收端节点的信息；(2)捕获原始视频数据并压缩发送端捕获设定的时间段内的原始视频位图数据，然后对视频数据进行压缩；(3)拆分视频帧并封装网络传输单元(3.1)从视频数据中拆分出I帧、B帧或P帧；(3.2)对每个拆分出的视频帧按先后顺序编号，并加入时间戳和帧类型标志；(3.2)对每个视频帧、其编号、时间戳和帧类型标志进行封装；(4)视频帧传输(4.1)发送端查找当前P2P对等网中连接到接收端的最优传输路径，即发送延迟最短的路径，该路径通过遍历各个已知的P2P网络路径得到；(4.2)将一个视频帧通过该路径发送往接收端，并在每次发送过程中都重新查找最优传输路径；(5)视频帧接收(5.1)接收端创建有时限的缓冲区，非该时限内到达的视频帧被丢弃；(5.2)从P2P对等网中接收视频帧，并按时间戳顺序在限时缓冲区中排序存放；(6)对限时缓冲区内的视频帧进行校验与调整检查视频帧是否按照时间戳的先后顺序进行排列；P帧和B帧所依赖的视频帧是否存在于缓冲区中，如不存在，则将该P帧或B帧剔除出缓冲区；(7)接收端解压并播放接收端对限时缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：王万良，蒋一波，赵燕伟，任敏，徐新黎，郑建炜，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]