一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法与流程

本发明涉及数据传输领域，特别是指一种云对讲系统的视频码率自适应调整方法。

背景技术：

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。

技术实现要素：

本发明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，本发明的解决方案是：

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，本发明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为本发明具体实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

参考图1所示，本发明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时间切换一次该路对应的多路转发器的视频停止发送/启动发送状态（视频码率自适应控制模块控制多路转发器的输出脚禁止/使能某路视频的发送），即间歇性发送视频，这样实际视频码率只有设定值的一半，可以缓解网络拥塞状况；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，以优先保证信令和音频数据的传输，直到这次对讲或监视结束。

上述步骤1中的设备为智能门禁设备的摄像头。

上述步骤2中，t=750ms，fmin=0.01，ffull=0.02，fblink=0.0425，fstop=0.065，ffullstop=0.085，n1=5，n2=5。

上述步骤3中，rmin=240kbps，rmax=800kbps，airmax=24kbps，airmin=10kbps，α=0.80。

上述步骤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，从而不影响手机的app实时视频接收解码显示。

上述广域网可以是有线连接，也可以是wifi、4g等无线连接。

通过上述方法，本发明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。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。