无线流媒体传输中的速率控制方法技术

本发明专利技术涉及无线多媒体通信。为减小流媒体在无线环境下传输时由于无线信道不可靠而引起的传输质量抖动，进而提高传输质量以及无线信道的利用率，本发明专利技术采取的技术方案是，无线流媒体传输中的速率控制方法，比传统速率控制方法更短的时间间隔内通过平滑处理获取丢包率和业务数据通过率参数；基于上述参数及改进的加增乘减算法调整流媒体传输速率，在信道轻载时，由丢包率决定的变常数加性因子和常量加性因子决定速率增长幅度，在信道超载时，由丢包率决定的变常数乘性因子和常量减性因子决定速率降低幅度；设定速率切换门限，只有当本次预测速率与上次预测速率的差值超过设定门限时才认为速率切换有效。本发明专利技术主要应用于无线多媒体通信。

【技术实现步骤摘要】

本发 明属于无线多媒体通信
，涉及一种基于丢包率、业务数据通过率以及改进的加增乘减(AMD)算法保证无线流媒体传输服务质量的速率控制方法，具体讲，涉及基于约束满足框架的空间问题求解器。
技术介绍
近年来，随着通信技术、网络技术、视频编解码技术的快速发展，网络通信的服务内容变得更加丰富多彩。结合语音、视频、数据等信息传输的多媒体通信已经成为通信业务发展的必然趋势，其中多媒体视频通信由于具有连续性传输、数据量大、对实时性、可靠性要求高等特点而成为了研究热点。有线多媒体通信技术已趋成熟，如基于H. 261/H. 263标准的视频电话、视频点播(VoD Video on Demand)、多媒体电子邮件、有线数字电视和视频监控等技术已经获得广泛应用。然而，虽然有线信道能够为多媒体通信提供比较稳定可靠的传输环境，但是有线传输的固有弊端，如对布线环境有着较高的要求、成本较高等，限制了多媒体通信的进一步发展。基于无线传输的多媒体通信业务受到人们的关注。近十年无线传输技术的发展突飞猛进，无线网络能够提供的传输带宽也得到了飞速提升。第三代移动通信网可以为固定位置服务提供2Mbps的速率，在人行走的状态下速率能达到384Kbps,在车速行进中也可达到128Kbps,已经达到了多媒体视频传输业务的带宽要求。在第四代(4G)无线通讯系统中，传输速率能达到80Mbps以上；IEEE 802. 11系列标准可提供每秒数兆至数百兆的传输速率；中国近期提出的具有自主知识产权的超高速无线局域网标准更是将物理层传输速率提升到了 Gbps。无线通信带宽的快速增长，为多媒体通信提供了更好的发展机遇。然而，无线信道具有错误率高以及时变的特性，无线信道的不可靠会导致多媒体视频质量发生严重抖动，从而使得保障无线流媒体传输服务质量面临着巨大挑战。基于上述原因，人们提出了多种速率控制方法来提高无线流媒体传输的服务质量、改善其传输效率。这些流媒体速率控制方法被广泛用于基于实时传输协议(RTP)的流媒体传输系统中。实时传输协议(RTP)是用于互联网上针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP协议由两部分组成RTP和RTCP (实时传输控制协议)。RTP协议位于传输层协议TCP和UDP协议之上，为了保证传输的实时性，RTP协议在负载前加上RTP包头之后，就直接将RTP包交付给UDP进行传输。RTCP主要对传输过程中的各种传输参数(丢包率、时延等)进行统计。传统的速率控制算法均是利用RTCP提供的传输参数进行速率控制。根据目前流媒体速率控制算法的速率控制原理，可以将其分为两类■加增乘减(AMD)算法。AMD是在TCP/IP传输模型中，为网络层提供拥塞控制的算法。该算法能为TCP/IP网络提供可靠的数据传输服务。它是通过比较实测丢包率与预设的丢包率门限值来判断网络的状态。如果丢包率大于丢包率门限，说明发生拥塞，则按照预设的常数乘性降低因子降低发送速率；反之，按照预设的常数加性增长因子增加发送速率。AIMD算法进行速率调整时并不考虑当前信道拥塞的程度与速率调整幅度的关系，是一种线性算法，计算很简单。然而，使用AMD算法容易使传输速率发生锯齿状波动，不利于提高传输服务质量。■ TCP 友好速率控制(TFRC，TCP Friendly Rate Control)算法。TFRC 算法基于TCP吞吐量模型来进行传输速率的调整，如公式(I)所示-l.5x.r xMTU,....., V 31.22XiV//… SeiidRcne(X) =-~F=~ ~-—11 ； RTTx^iA RTTx^A 其中MTU是最大传输单元；入为丢包率，RTT是环回时间，SendRate是网络吞吐量；该算法能得到比较稳定和平滑的传输速率，然而该算法是根据网络资源使用最大化来进行速率调整，忽略了视频流的感知质量。上述两类算法的具有共同的特点两类算法均是利用RTCP协议中RR(接收者报告)包所提供的传输参数统计信息来进行流媒体传输速率控制。由于RTCP协议中RR包是间隔5s进行发送，这就意味着流媒体传输系统只能每5s进行一次传输速率控制，这对于信道相对稳定的有线传输而言是足够的；然而对于带宽具有时变特性的无线传输，传输速率的控制无法适应信道的变化。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种无线环境下流媒体传输的速率控制方法，以便减小流媒体在无线环境下传输时由于无线信道不可靠而引起的传输质量抖动，进而提高流媒体传输服务质量以及无线信道的利用率。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是，，比传统速率控制方法更短的时间间隔内通过平滑处理获取丢包率和业务数据通过率参数；基于上述参数及改进的加增乘减算法调整流媒体传输速率，在信道轻载时，由丢包率决定的变常数加性因子和常量加性因子决定速率增长幅度，在信道超载时，由丢包率决定的变常数乘性因子和常量减性因子决定速率降低幅度；设定速率切换门限，只有当本次预测速率与上次预测速率的差值超过设定门限时才认为速率切换有效。包括以下步骤(I)获取丢包率以及业务数据通过率在流媒体传输系统的接收端，通过对接收的流媒体数据包进行统计分析来获取丢包率以及业务数据通过率参数；(2)预测新的传输速率流媒体传输系统的接收端获取丢包率以及业务数据通过率之后，基于改进的AMD算法，分析无线信道在此时的状态并且预测新的适合此时无线信道带宽的传输速率；(3)判断是否进行传输速率调整流媒体传输系统的接收端预测出新的传输速率后，需要比较本次预测新速率与上次预测的新速率之间的差值是否超过设定的阈值，如果超过该阈值，则本次速率调整有效，否则，本次速率调整无效。获取丢包率以及业务数据通过率步骤如下I)根据无线信道状态，确定丢包率以及业务数据通过率获取的时间间隔At ;2)确定获取第i个时间间隔参数时参与计算的时间间隔个数N，以及参与计算的第i_j时间间隔相应的权值；3)统计流媒体传输参数，在接收端接收流媒体数据包的同时，统计第i个时间间隔内参数，包括丢包数LPNi,总的发送包数SPNi,业务数据量Di以及准确的间隔时间Ti ；4)计算第i个时间间隔内丢包率Pi与业务数据通过率Ri,通过对第i-N+1个时间间隔到第i个时间间隔所获得传输参数进行加权平滑计算丢包率与业务数据通过率。获取丢包率以及业务数据通过率步骤中时间间隔At取2s，参与计算的时间间隔个数N取值为2或者3。改进的AMD算法包含以下步骤I)根据测试统计视频传输系统接收端视频质量与丢包率的关系，设定算法中丢包率上下门限值分别为Pltjssjiax和P1()SS—min，最大业务数据速率Rmax以及最小业务数据速率Rmin ；2)比较实测丢包率Pi与预设丢包率门限大小关系，确定信道状态是超载、轻载还是负载平衡；3)当信道超载时，即Pi彡Plossjiax,计算信道超载的差值因子m = Pi-Plossjiax以及超载速率降低因子Pk= Pk-iXa-O.eXm)2，其中k表示连续超载的次数，根据公式Rmw =MAXW15XRi-SO,RmiJ计算新的传输速率，其中Ri是第i个时间间隔内业务数据通过率，Rmin是系统设定的最小业务数据速率；4)当信道轻载时，即Pi ( Plossjlin,计算信道轻载的差值因子m =入X 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线流媒体传输中的速率控制方法，其特征是，比传统速率控制方法更短的时间间隔内通过平滑处理获取丢包率和业务数据通过率参数；基于上述参数及改进的加增乘减算法调整流媒体传输速率，在信道轻载时，由丢包率决定的变常数加性因子和常量加性因子决定速率增长幅度，在信道超载时，由丢包率决定的变常数乘性因子和常量减性因子决定速率降低幅度；设定速率切换门限，只有当本次预测速率与上次预测速率的差值超过设定门限时才认为速率切换有效。2.如权利要求I所述的无线流媒体传输中的速率控制方法，其特征是，包括以下具体步骤 (1)获取丢包率以及业务数据通过率在流媒体传输系统的接收端，通过对接收的流媒体数据包进行统计分析来获取丢包率以及业务数据通过率参数； (2)预测新的传输速率流媒体传输系统的接收端获取丢包率以及业务数据通过率之后，基于改进的AMD算法，分析无线信道在此时的状态并且预测新的适合此时无线信道带宽的传输速率； (3)判断是否进行传输速率调整流媒体传输系统的接收端预测出新的传输速率后，需要比较本次预测新速率与上次预测的新速率之间的差值是否超过设定的阈值，如果超过该阈值，则本次速率调整有效，否则，本次速率调整无效。3.如权利要求I所述的无线流媒体传输中的速率控制方法，其特征是，获取丢包率以及业务数据通过率步骤如下 1)根据无线信道状态，确定丢包率以及业务数据通过率获取的时间间隔At; 2)确定获取第i个时间间隔参数时参与计算的时间间隔个数N，以及参与计算的第i_j时间间隔相应的权值； 3)统计流媒体传输参数,在接收端接收流媒体数据包的同时,统计第i个时间间隔内参数，包括丢包数LPNi,总的发送包数SPNi,业务数据量Di以及准确的间隔时间Ti ； 4)计算第i个时间间隔内丢包率Pi与业务数据通过率Ri,通过对第i-Ν+Ι个时间间隔到第i个时间间隔所获得传输参数进行加权平滑计算丢包率与业务数据通过率。4.如权利要求I所述的无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晋生，胡自胜，陈为刚，王蓉，张菊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：