一种基于量化参数调节的发送端编码码率控制方法

1.本发明涉及流媒体自适应传输控制技术领域，尤其是涉及一种基于量化参数调节的发送端编码码率控制方法。


背景技术：

2.在流媒体自适应传输控制策略中，模型法和探测法是应用最为广泛的方法。模型法是通过计算出当前时刻网络吞吐量，来估算出当前网络的可用带宽，再根据此信息动态调整发送端的发送速率，而探测法是通常以tcp协议下的aimd算法为蓝本，采用aimd当中缓升速降的基本原则来控制发送端单位时间内发送出去的数据量，达到实时控制系统流量的目的。
3.模型法根据具体的网络环境需要建立不同的数学模型，算法计算量大，不具备对网络变化的快速响应能力。探测法使用的aimd的“缓升速降”原则一般适用在信道带宽相对平稳的有限网络环境中，调节机制过于简单，对于网络带宽波动较大的无线网络而言并不“友好”，且发送速率的变化，使得流媒体应用流的突发性强，抖动较大。由于现有的模型法和探测法都存在不少缺陷，因此为了更好的让数据传输速率匹配时变带宽，提出了一种基于量化参数调节的发送端编码码率控制方法


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于量化参数调节的发送端编码码率控制方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于量化参数调节的发送端编码码率控制方法，该方法包括以下步骤：
7.步骤1：在流媒体传输过程中，采用rtp和rtcp实现端到端的流媒体传输，获取在rtp传输数据期间的平滑丢包率；
8.步骤2：将平滑丢包率作为网络状况的判断因子，并根据网络状况评估原理将网络的状态进行分类；
9.步骤3：基于当前时刻的平滑丢包率λ和设置的阈值对量化参数qp值进行调整，进而调节编码速率；
10.步骤4：当网络进入满载状态时，基于延时抖动的变化预估网络状况的变化，进而对编码速率进行微调。
11.所述的步骤1中，获取在rtp传输数据期间的平滑丢包率的过程具体为：
12.在rtp传输数据期间，发送端和接收端周期性地向另一方发送rtcp控制信息包，发送端采用一阶低通滤波器对rtcp接收端报告反馈的丢包率进行平滑处理，获取平滑丢包率。
13.所述的rtp用以提供端到端的实时传输服务。
14.所述的rtcp用以为rtp的服务质量提供保证。
15.所述的步骤2中，网络的状态包括拥塞状态、满载状态和欠载状态。
16.所述的步骤3中，根据比较结果对量化参数qp值进行调整的过程具体包括以下步骤：
17.步骤301：计算当前时刻的平滑丢包率λ；
18.步骤302：设置与当前时刻的平滑丢包率λ进行比较的阈值；
19.步骤303：设定量化参数qp值的增长步长为qi、减小步长为qd，当前时刻的量化参数值为q
now
、上一时刻的量化参数值为q以及码率调节过程中允许取到的qp值的最大值为q
max
和最小值为q
min
；
20.步骤304：将当前时刻的平滑丢包率λ与设置的阈值进行比较，根据比较结果对量化参数qp值进行调整。
21.所述的步骤302中，阈值包括处于满载阈值和欠载阈值之间的第一阈值λ1和处于满载和拥塞阈值之间的第二阈值λ2。
22.所述的步骤304中，根据比较结果对量化参数qp值进行调整的过程具体为：
23.当λ＞λ2时，网络状况处于拥塞状态，则通过提升qp值以降低编码速率，且qp值增调的上限不超过设定的最大量化标准，即q
now
＝min(q qi,q
max
)；
24.当λ＜λ1时，网络状况处于欠载状态，则通过减小qp值以提升编码速率，使系统充分利用闲置的网络带宽，且qp值在减调过程不超过设定的最小量化标准，即q
now
＝max(q-qd,q
min
)；
25.当λ1≤λ≤λ2时，网络状况处于满载状态，引入延时抖动作为网络判断因子加入对网络状况的预估中，对其进行更细致地调整。
26.所述的步骤4中，对编码速率进行微调的过程具体包括以下步骤：
27.步骤401：记录当前反馈周期的网络延时抖动为k1，获取下一反馈周期的网络延时抖动为k2；
28.步骤402：对当前反馈周期的网络延时抖动k1与下一反馈周期的网络延时抖动k2进行比较，根据比较结果对编码速率进行调整。
29.所述的步骤402中，根据比较结果对编码速率进行调整的过程具体为：
30.当k1＜k2时，表示网络在逐渐转为拥塞状态，则令增加步长为最低调整步长1，缓慢地降低编码速率，即q
now
＝min(q 1,q
max
)；
31.当k1＝k2时，表示网络未发生变化，则保持当前的编码速率，即q
now
＝q；
32.当k1＞k2时，表示网络逐渐转为欠载状态，则令减小步长为最低调整步长1，缓慢地提升编码速率，即q
now
＝max(q-1,q
min
)。
33.与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
34.1、本发明通过调整量化参数qp的取值来增加或减少编码器的编码速率，进而能够实现利用量化参数来对系统传输速率进行调整，实践性强；
35.2、本发明引入更加细致的速率调整机制，根据具体的判断结果对量化参数的增长步长和减小步长的大小进行调整从而调整量化参数qp的取值，实现起来比其它算法更简单，计算量更小；
36.3、本发明引入延时抖动作为进一步网络状况的判断因子，通过延时抖动的变化能够更好的反映下一时刻信道状况的变化，从而能更快速的进行量化参数的调整，以减缓和
阻止网络状况转向拥塞或欠载，能更好的适应时变带宽。
附图说明
37.图1为本发明的实施例提供的评估网络状态的原理图。
38.图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
39.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
40.在现有方法中，当网络信道处于满载时，只是保持此时的数据传输速率，未进一步的考虑下一时刻带宽的变化，本发明根据延时抖动的变化反映下一时刻信道状况的变化，引入更加细致的速率调整机制，以减缓和阻止网络状况转向拥塞；在现有方法中，对于量化参数的调整，增长步长和减小步长是固定值，不能很好地适应时变带宽，本发明根据具体的判断结果对增长步长和减小步长的大小进行微调，更好地使得传输速率与带宽匹配。
41.在整个流媒体传输过程中，本发明采用rtp(实时传输协议)和rtcp(实时传输控制协议)实现端到端的流媒体传输，既不需要事先建立连接，也不需要中间节点参与，其中，rtp用以提供端到端的实时传输服务，rtcp用以为rtp的服务质量提供保证。
42.本发明提供了一种基于量化参数调节的发送端编码码率控制方法，该方法包括以下步骤：
43.步骤1：在rtp传输数据期间，发送端和接收端周期性地向另一方发送rtcp控制信息包，发送端采用一阶低通滤波器对rtcp接收端报告反馈的丢包率进行平滑处理，获取平滑丢包率；
44.步骤2：将平滑丢包率作为基本的网络状况判断因子，并根据网络状况评估原理将网络状况分为拥塞、满载和欠载三个状态；
45.步骤3：设置处于满载阈值和欠载阈值之间的值λ1，处于满载和拥塞阈值之间的λ2(λ1和λ2是根据系统具体需求自行设定的)，计算当前时刻的平滑丢包率λ，将当前时刻的平滑丢包率λ与λ1和λ2进行比较，根据比较结果对量化参数qp值进行调整，进而调节编码速率；
46.步骤4：在网络进入满载时，根据rtcp接收端报告的反馈记录当前反馈周期的延时抖动k1，再记录下一反馈周期的延时抖动k2，将k2与k1进行比较，预估网络状况变化，进而对编码速率进行微调。
47.在步骤3中，将当前时刻的平滑丢包率λ与λ1和λ2比较，以大致划分当前时刻的网络状态，根据比较结果对量化参数qp值进行调整的过程具体包括以下步骤：
48.步骤301：计算当前时刻的平滑丢包率λ；
49.步骤302：首先设定量化参数qp值的增长步长为qi，减小步长为qd，q
now
和q分别为当前时刻和上一时刻的量化参数值，q
max
和q
min
则为码率调节过程中允许取到的qp值的最大值和最小值；
50.步骤303：设置与当前时刻的平滑丢包率λ进行比较的阈值，阈值包括处于满载阈值和欠载阈值之间的第一阈值λ1和处于满载和拥塞阈值之间的第二阈值λ2；
51.步骤304：当λ＞λ2时，网络状况正处于拥塞状态，此时要提升qp值来降低编码速率，且要保证qp值增调的上限不超过最大量化标准，即q
now
＝min(q qi,q
max
)；当λ＜λ1时，网络状况处于欠载状态，则应该适当减小qp值以提升编码速率，使系统充分利用闲置的网络带宽，且要限制qp值在减调过程不超过所设定的最小量化标准，即q
now
＝max(q-qd,q
min
)；当λ1≤λ≤λ2时，此时网络状况处于满载状态，对其进行更细致地调整。
52.在步骤4中，当网络处于满载时，引入延时抖动作为网络判断因子加入对网络状况的预估中，对编码速率进行微调的过程具体包括以下步骤：
53.步骤401：记录当前反馈周期的网络延时抖动为k1，获取下一反馈周期的网络延时抖动为k2；
54.步骤402：当k1＜k2时，表示网络在逐渐转为拥塞状态，此时令增加步长为最低调整步长1，进行缓慢的降低编码速率，即q
now
＝min(q 1,q
max
)；当k1＝k2时，表示网络没有变化，此时应保持当前的编码速率，即q
now
＝q；当k1＞k2时，表示网络逐渐转为欠载状态，此时令减小步长为最低调整步长1，进行缓慢的提升编码速率，即q
now
＝max(q-1,q
min
)。
55.本发明将调整量化参数的取值增加或减少编码器的编码速率，进而能够实现利用量化参数来对系统传输速率进行调整，以适应时变的带宽，且能够应用到实际工程中去，算法计算量小，在满载状态下，进行更为细致的量化参数调整，能更好的运用在实际复杂的网络情况下，即基于量化参数调节调整发送端编码码率，将平滑丢包率和延时抖动的变化共同作为网络判断因子，根据具体的判断结果对增长步长和减小步长的大小进行微调，更好的让传输速率与带宽匹配，根据延时抖动的变化反映下一时刻信道状况的变化，引入更加细致的速率调整机制，以减缓和阻止网络状况转向拥塞或欠载，能更好的适应时变带宽，通过调整量化参数的取值增加或减少编码器的编码速率，进而实现根据量化参数对系统的传输速率进行调整，以适应时变的带宽，能够应用到实际工程中，实践性强，且在算法实现上比其它算法更简单，计算量小。
56.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。