专利名称：一种区端网络自适应视频传输系统及方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种区端网络自适应视频传输系统及方法。
背景技术：
随着数字家庭信息化产业的兴起和不同管理发展模式的不断尝试，以小区为最小管理单位的模式得到多数人的认同，并且成为广东数字家庭信息化的发展方向，所以以小区作为单位对象来进行数字家庭技术研发是有必要的。在现代数字生活中，视频体验占了家庭娱乐中的很大一部份比重，人们的各方各面都离不开视觉效果的影响，但是由于硬件资源和传输线路等情况的限制，并不是整个小区所有电视用户都能够以高清视频信号来进行播放，所以有必要进行基于小区为单位的视频传输技术研究，因为如果还是不采用任何策略进行视频传输管理，那里带宽资源是完全不够用的，所以需要一种区端服务器自适应视频传输系统来解决区端带宽管理和分配的问题，这样能够更好地利用带宽资源，尽可能确保小区所有用户能够接收到最好的视频信号。现在通过小区来共同管理小区用户的数字电视网络等信号，如果过多用户同时进行网络操作就会造成部分用户无法使用视频点播等功能，甚至造成大面积的网络堵塞。
发明内容
本发明的目的是在日后以小区为数字家庭管理模式发展趋势中，提供一种基于区端服务器的自适应视频传输系统及方法，通过该传输系统来实现统一的视频信号编码以及小区视频信号传输更加平缓通畅，以避免用户视频信号产生阻塞造成无法观看电视等后^ ο为了解决上述问题，本发明提出了一种区端网络自适应视频传输系统，所述系统包括第一解码器，用于将接收到的模拟视频信号转化成数字信号格式；第一编码器，用于将所接收到的高清数字视频信号res编码；第一缓冲区，用于将已编码的视频流填充到第一缓冲区中，通过缓冲一定的数据量来保证视频流在网络中的平缓传输，并接受来自网络状态估计模块发送过来的说明带宽使用率状态的数据，从而在编码端实现码率调整，以丢帧为手段来实现带宽控制；网络状态估计模块，用于根据第二缓冲区发送过来的网络带宽的相关信息，并向第一缓冲区确定采用何种丢帧策略的一种评估算法；第二缓冲区，用于平缓视频流传输，并承担起一个网络状态信息嗅探的功能，将数据占有率、当前网络传输的数据包丢失率、数据包传输超时、数据包往返总时间数据发送给网络状态估计模块；第二解码器，用于将第二缓冲区所提供的视频码流解码，转化成为数字电视信号供家庭用户使用。所述res编码是由MPEG-4提供的一种精细可伸缩编码技术，通过这种编码方式将视频序列编码分解成基本层码流和增强层码流两个码流，基本层码流为用于解码形成最基本的视频所必需的码流，增强层码流为用于强化视频效果所需要额外增加的码流，当解码器重构视频流的时候，增强层码流充当补充角色，基本层码流解码就能满足移动视频的需要的话，结合一部分增强层码流一起解码就能满足标清视频的格式要求。所述第一缓冲区根据网络状态估计模块反馈的带宽占用情况和缓冲区中所剩空闲区这两部分重要信息，第一缓冲区会选择丢弃相应重要性较低的视频帧以采用适应带宽状态的视频模式。所述视频模式为高清视频模式、或者标清视频模式、或者移动设备视频模式。网络状态估计模块在判断网络带宽使用率没有超过第一阈值，则反馈不丢帧策略到第一缓冲区；判断网络带宽使用率超过第一阈值，且小于第二阈值时，则反馈丢弃合成高清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区；判断网络带宽使用率超过第二阈值时，则反馈丢弃合成标清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区。所述第一阈值为50%以上，且第一阈值小于第二阈值，第一阈值和第二阈值小于 100%。相应的，本发明实施例还提供了一种区端网络自适应视频传输方法，所述方法包括对视频流进行解码；对解码后的码流进行统一 res编码；对已经编码的视频流填入第一缓冲区，等待通过网络发送出去，并且根据反馈的状态信息判断当前应该采用的丢帧策略；视频流进入第二缓冲区等待解码，同时启用网络信息状态嗅探功能，获取相关带宽数据信息；根据相关带宽数据信息估计当前网络状态，并将判断结果以及接下来应采用的丢帧策略决定反馈到第一缓冲区；通过第二缓冲区的视频流进行解码成为可用于数字电视播放的模拟信号。所述根据相关带宽数据信息估计当前网络状态，并将判断结果以及接下来应采用的丢帧策略决定反馈到第一缓冲区包括在判断网络带宽使用率没有超过第一阈值时，则反馈不丢帧策略到第一缓冲区；在判断网络带宽使用率超过第一阈值，且小于第二阈值时，则反馈丢弃合成高清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区；在判断网络带宽使用率超过第二阈值时，则反馈丢弃合成标清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区。所述第一阈值为50%以上，且第一阈值小于第二阈值，第一阈值和第二阈值小于 100%。在本发明实施例中，本发明的目的是在区端服务器中，提供一种自适应的视频传输系统，通过该视频传输系统实现小区内部带宽分配和视频信号转换，使得小区用户最大程度流畅地观看视频。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本发明实施例中的区端网络自适应视频传输系统结构图；图2是本发明实施例中的区端网络自适应视频传输方法流程图；图3是本发明实施例中的网络状态估计对缓冲区B发送的数据的进行评估判断流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合图1对系统的组成进行说明本系统由一个编码器，两个解码器(即第一解码器为解码器A、第二解码器为解码器B)，两个缓冲区(即第一缓冲区为缓冲区A，第二缓冲区为缓冲区B)和嵌在区端服务器CPU中的网络状态估计模块组成。各部分的功能如下解码器A 将接收到的模拟视频信号转化成数字信号格式。由于区端服务器所接收到的视频流编码格式不一，为了能够重新统一编码，首先要通过解码器解码。编码器A 将数字信号重新进行编制转换成为可以继续传输的模拟信号格式，也就是将所接收到的高清数字视频信号res编码。所谓res是由MPEG-4提供的一种精细可伸缩编码技术，通过这种编码方式将视频序列编码分解成基本层码流和增强层码流两个码流，基本层码流为用于解码形成最基本的视频所必需的码流，增强层码流为用于强化视频效果所需要额外增加的码流(增强层采用比特平面编码，不同比特平面重要性不同，用于重构的视频流也不同)，当解码器重构视频流的时候，增强层码流充当补充角色，比如基本层码流解码就能满足移动视频的需要的话，结合一部分增强层码流一起解码就能满足标清视频的格式要求。缓冲区A 缓冲区A主要实现两部分功能。第一部分功能就是将已编码的视频流填充到缓冲区中，通过缓冲一定的数据量来保证视频流在网络中的平缓传输；第二部分功能就是接受来自后面网络状态估计模块发送过来的说明带宽使用率状态的数据，从而在编码端实现码率调整，以丢帧为手段来实现带宽控制。根据后面网络状态估计模块反馈的带宽占用情况和缓冲区中所剩空闲区这两部分重要信息，缓冲区会选择丢弃相应重要性较低的视频帧以采用适应带宽状态的视频模式(当选择不丢弃任何帧时，对完整码流解码就是高清视频)，这里“丢帧”这一操作就是所谓的隔帧编码最重要的一步，实际上整个策略是跳过重要性低得视频帧，保留重要性高的视频帧交由解码器解码。视频模式初步设定为高清视频模式、标清视频模式和移动设备视频模式3种。网络状态估计模块内嵌于区端服务器的网络状态估计模块实际上是一种根据缓冲区B发送过来的网络带宽的相关信息来决定之后缓冲区A采用何种丢帧策略的一种评估算法。在估计出网络带宽占用状态之后，在把所选择的丢帧策略转发给缓冲区A，最终由缓冲区A实现丢帧操作。假设存在两个代表缓冲区使用率的阀值，那么当缓冲区使用率处于不同的这三个区间的时候，缓冲区A所选用的丢帧策略就不同。缓冲区B 视频流在通过RTP/UDP/IP模块后进入缓冲区B，缓冲区B也是实现两部分功能。第一部分功能与缓冲区A的第一部分功能相同，均为平缓视频流传输；第二部分功能就是承担起一个网络状态信息嗅探模块的功能，主要将缓冲区B数据占有率、当前网络传输的数据包丢失率、数据包传输超时、数据包往返总时间等数据发送给网络状态估计模块。解码器B:将前面模块所提供的的视频码流解码，转化成为数字电视信号供家庭用户使用。具体的，这里的网络状态估计模块在判断网络带宽使用率没有超过第一阈值，则反馈不丢帧策略到第一缓冲区；判断网络带宽使用率超过第一阈值，且小于第二阈值时，则反馈丢弃合成高清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区；判断网络带宽使用率超过第二阈值时，则反馈丢弃合成标清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区。这里的第一阈值为 50%以上，且第一阈值小于第二阈值，第一阈值和第二阈值小于100%，比如可以设置第一阈值为50 %，第二阈值为70 %，也可以设置第一阈值为60 %，第二阈值为90 %等。相应的，图2示出了本发明实施例中的区端网络自适应视频传输方法流程图，包括如下SlOl 高清电视视频流通过区端网关进入解码器A，在这里所有视频码流均进行解码，以便之后进行重编码。S102 解码后码流进入编码器A，进行统一 reS编码。S103 已经编码的视频流填入缓冲区A，等待通过网络发送出去。并且根据网络状态估计模块发送过来的状态信息判断当前应该采用的丢帧策略。S104 视频流通过RTP/UDP/IP模块进入缓冲区B等待解码。同时启用网络信息状态嗅探功能，将相关带宽数据信息反馈到区端服务器CPU的网络状态估计模块。S105:网络状态估计模块通过缓冲区B反馈的信息估计当前网络状态，并将判断结果以及接下来应采用丢帧策略决定发送给缓冲区A。S106 视频流进入解码器B进行解码成为可用于数字电视播放的模拟信号。S107 数字电视家庭用户进行视频观看。下面图3为区端服务器CPU中的网络状态估计对缓冲区B发送的数据的模块评估判断情况，这里的第一阈值以50%，第二阈值为70%为例进行说明；S301 网络状态估计模块根据缓冲区B提供的信息进行分析；S302 判断网络带宽使用率是否超过50%，如果超过则进行S303，如果没有超过则进行S304 ；S303 判断网络带宽使用率是否超过70%，如果超过则进行S306，如果没有超过则进行S305 ；S304 不丢帧；S305 丢帧策略A 丢弃合成高清视频信号的增强层帧；S306 丢帧策略B，丢弃合成标清视频信号的增强层帧。
S307 缓冲区A接受并采用相应丢帧策略。以上以阈值50%和70%为例进行说明，当然这里的第一阈值可以取值为50%以上的任一值，比如55^,60%等等，第二阈值可以是70^^75^^80%等等取值，根据小区网络环境配置来设置阈值。本发明的目的是在区端服务器中，提供一种自适应的视频传输系统，通过该视频传输系统实现小区内部带宽分配和视频信号转换，使得小区用户最大程度流畅地观看视频。以上对本发明实施例所提供的，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种区端网络自适应视频传输系统，其特征在于，所述系统包括第一解码器，用于将接收到的模拟视频信号转化成数字信号格式；第一编码器，用于将所接收到的高清数字视频信号res编码；第一缓冲区，用于将已编码的视频流填充到第一缓冲区中，通过缓冲一定的数据量来保证视频流在网络中的平缓传输，并接受来自网络状态估计模块发送过来的说明带宽使用率状态的数据，从而在编码端实现码率调整，以丢帧为手段来实现带宽控制；网络状态估计模块，用于根据第二缓冲区发送过来的网络带宽的相关信息，并向第一缓冲区确定采用何种丢帧策略的一种评估算法；第二缓冲区，用于平缓视频流传输，并承担起一个网络状态信息嗅探的功能，将数据占有率、当前网络传输的数据包丢失率、数据包传输超时、数据包往返总时间数据发送给网络状态估计模块；第二解码器，用于将第二缓冲区所提供的视频码流解码，转化成为数字电视信号供家庭用户使用。
2.如权利要求ι所述的区端网络自适应视频传输系统，其特征在于，所述res编码是由 MPEG-4提供的一种精细可伸缩编码技术，通过这种编码方式将视频序列编码分解成基本层码流和增强层码流两个码流，基本层码流为用于解码形成最基本的视频所必需的码流，增强层码流为用于强化视频效果所需要额外增加的码流，当解码器重构视频流的时候，增强层码流充当补充角色，基本层码流解码就能满足移动视频的需要的话，结合一部分增强层码流一起解码就能满足标清视频的格式要求。
3.如权利要求1所述的区端网络自适应视频传输系统，其特征在于，所述第一缓冲区根据网络状态估计模块反馈的带宽占用情况和缓冲区中所剩空闲区这两部分重要信息，第一缓冲区会选择丢弃相应重要性较低的视频帧以采用适应带宽状态的视频模式。
4.如权利要求3所述的区端网络自适应视频传输系统，其特征在于，所述视频模式为高清视频模式、或者标清视频模式、或者移动设备视频模式。
5.如权利要求1至4任一项所述的区端网络自适应视频传输系统，其特征在于，网络状态估计模块在判断网络带宽使用率没有超过第一阈值，则反馈不丢帧策略到第一缓冲区； 判断网络带宽使用率超过第一阈值，且小于第二阈值时，则反馈丢弃合成高清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区；判断网络带宽使用率超过第二阈值时，则反馈丢弃合成标清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区。
6.如权利要求5所述的区端网络自适应视频传输系统，其特征在于，所述第一阈值为 50%以上，且第一阈值小于第二阈值，第一阈值和第二阈值小于100%。
7.—种区端网络自适应视频传输方法，其特征在于，所述方法包括对视频流进行解码；对解码后的码流进行统一 res编码；对已经编码的视频流填入第一缓冲区，等待通过网络发送出去，并且根据反馈的状态信息判断当前应该采用的丢帧策略；视频流进入第二缓冲区等待解码，同时启用网络信息状态嗅探功能，获取相关带宽数据信息；根据相关带宽数据信息估计当前网络状态，并将判断结果以及接下来应采用的丢帧策略决定反馈到第一缓冲区；通过第二缓冲区的视频流进行解码成为可用于数字电视播放的模拟信号。
8.如权利要求7所述的区端网络自适应视频传输方法，其特征在于，所述根据相关带宽数据信息估计当前网络状态，并将判断结果以及接下来应采用的丢帧策略决定反馈到第一缓冲区包括在判断网络带宽使用率没有超过第一阈值时，则反馈不丢帧策略到第一缓冲区； 在判断网络带宽使用率超过第一阈值，且小于第二阈值时，则反馈丢弃合成高清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区；在判断网络带宽使用率超过第二阈值时，则反馈丢弃合成标清视频信号的增强层帧策略到第一缓冲区。
9.如权利要求8所述的区端网络自适应视频传输方法，其特征在于，所述第一阈值为 50%以上，且第一阈值小于第二阈值，第一阈值和第二阈值小于100%。
全文摘要
本发明实施例公开了一种区端网络自适应视频传输系统及方法，其中该系统包括第一解码器，用于将接收到的模拟视频信号转化成数字信号格式；第一编码器，用于将所接收到的高清数字视频信号FGS编码；网络状态估计模块，用于根据第二缓冲区发送过来的网络带宽的相关信息，并向第一缓冲区确定采用何种丢帧策略的一种评估算法；第二解码器，用于将第二缓冲区所提供的视频码流解码，转化成为数字电视信号供家庭用户使用；第一缓冲区和第二缓冲区。实施本发明，实现统一的视频信号编码以及小区视频信号传输更加平缓通畅，以避免用户视频信号产生阻塞造成无法观看电视等后果。
文档编号H04N21/647GK102368834SQ20111033221
公开日2012年3月7日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者张益凡, 戴煜贻, 罗笑南, 蔡华, 邹圳承, 黎嘉阳 申请人:东莞中山大学研究院