CN105357592A - 一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法。通过比较接收端反馈的实时丢包率与预先设置的丢包率临界值，来判定网络状况，选择是否主动丢帧。当网络状况良好时，传输所有数据包；当网络状况一般或者较差时，按比例主动间隔丢弃部分B帧，或者主动丢弃全部B帧，或者再按比例丢弃部分P帧或全部P帧。本发明采取的按比例主动丢帧和间隔丢B帧方式，可以在一定的丢包率范围内尽可能避免连续丢帧，从而避免接收端的视频卡顿现象。

Description

一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法

技术领域

本发明属于流媒体传输技术领域，特别涉及一种流媒体自适应传输方法。

背景技术

近年来，随着互联网与多媒体压缩等技术的快速发展，流媒体技术应运而生。与传统的播放方式不同，流媒体在播放前并不下载整个文件，只将部分内容缓存，使流媒体数据流边传送边播放，这样就大大减少了下载等待时间和存储空间。流媒体技术的应用范围越来越广。

但是基于目前的宽带网络或无线网络，还不足以使流媒体传输质量达到令人满意的水平。流媒体在网络上进行实时传输有以下难点：

①带宽。在现在的Internet上，当网络发生拥塞时，视频流数据的有效传输带宽会突然降低；无线网络连接的质量受环境的影响大，带宽不稳定。影响视频流的播放质量，甚至造成图像无法观看。

②延时。IP网络数据传输不提供延时保障，当网络拥塞发生时，数据的传输会经历漫长的排队等候时间，客户端的播放因为等候数据而停止，造成播放质量的严重下降。

③丢包率。当网络过分繁忙时，网络中的主机(路由器)的到达队列被填满，后续到达的数据只能被丢弃。这样，视频流数据传输的丢包率无法得到保证，因而无法保证视频传输质量。

目前解决以上问题有两种方式：

①依靠网络提供的QoS，以满足流媒体实时传输所需的时延、抖动、丢包率等要求。

②由终端进行控制。基于终端的流媒体QoS控制方法有拥塞控制、差错控制和带宽压缩技术。

由于TCP的重传机制和拥塞控制机制不适合流媒体数据的传输，只能采用UDP协议传输流媒体数据，并利用RTP协议为实时数据提供具有实时特征的端对端传送服务。但RTP本身并没有提供按时发送机制或其它服务质量(QoS)保证，因此，流媒体的传输与播放要达到令人满意的服务质量还需在应用程序中加入一些自适应传输策略。

目前的自适应传输策略的一个主要研究方向是是根据网络状况主动丢帧。但目前已有的丢帧方法，笼统地丢弃全部B帧或P帧，这就造成了接收端视频质量的明显下降。

发明内容

针对上述容易在发送队列堆积大量数据信息，导致网络拥堵，容易出现数据传输不稳定和不可靠的问题，本发明提出了一种基于信源的自适应传输方法。本方法可以做到根据网络状况部分丢弃B帧或P帧，这样就能避免全部丢帧造成的视频质量明显下降；间隔丢帧，避免视频突然的卡顿等现象。

本发明提出了一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法，具体步骤包括：

(1)发送端以初始码率v₀对音视频数据进行编码；

(2)对编码后视频数据流中的I帧、P帧、B帧以及与视频流同步的音频流数据进行数据分割，得到多个数据分片；

(3)对得到的数据分片封装数据包头，形成数据包；

(4)发送端根据网络状况来调整发送状态，网络状况良好时发送所有帧的数据包，网络状况不好时主动丢弃部分帧。

作为优选，所述的步骤(4)中，网络状况的判别方法如下：

预先设置丢包率的两个临界值分别为k₀、k₁，其中k₀为传输状态较好时丢包率可以达到的较小值，k₁为传输状态一般时丢包率可以达到的较大值，k₀＜k₁，

a.当接收端反馈的实时丢包率k≤k₀时，说明网络状况良好；

b.当接收端反馈的实时丢包率k₀＜k＜k₁时，说明网络状况一般；

c.当接收端反馈的实时丢包率k≥k₁时，说明网络状况不好。

作为优选，所述的步骤(4)中，发送端主动丢帧的策略如下：

a.当接收端反馈的实时丢包率k≤k₀时，传输所有数据包；

b.当接收端反馈的实时丢包率k₀＜k＜k₁时，为了改善传输状态，选择按比例主动丢弃部分B帧，丢帧方法为：丢弃B帧的比例占所有B帧的比例为间隔丢帧，即若比例为则隔n-1个B帧主动丢弃1个B帧；

c.当接收端反馈的实时丢包率k≥k₁时，主动丢弃全部B帧；若丢弃B帧后的实时丢包率k′≤k₀，则不再丢帧，此时传输所有I帧和P帧；若丢弃B帧后的实时丢包率k₀＜k′＜k₁，则主动丢弃每组GOP的后的P帧，此时传输I帧和剩余的P帧；若丢弃B帧后的实时丢包率k′≥k₁，则主动丢弃所有的P帧，此时只传输I帧。

附图说明

图1是本发明所示的流媒体自适应传输选择性丢帧方法的流程图；

图2是数据包的构成图；

图3是数据包头的构成图。

具体实施方式

为了更直观地描述本专利，下面结合图1以具体实施方式对本专利的技术方案进行详细说明。

一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法，步骤如下所示：

(1)发送端以初始码率v₀＝600Kb/s对显示顺序为“I₁B₁B₂B₃P₁B₄B₅B₆P₂B₇B₈B₉P₃I₂......”的音视频数据进行编码；

(2)对编码后视频数据流中的I帧、P帧、B帧以及与视频流同步的音频流数据进行数据分割，得到多个数据分片；每个数据分片以600个字节为单位，I帧、P帧、B帧或音频流的最后一个数据分片，可以为不足600个字节的数据分片；

(3)对得到的数据分片封装数据包头，形成数据包；

数据包包含数据包头和数据分片两部分，如图2所示。

其中数据分片即为所传输的音视频数据。数据包头的构成如图3所示。

本实施方式中，关于帧类型：若数据分片属于I帧，则帧类型为00；若数据分片属于P帧，则帧类型为01；若数据分片属于B帧，则帧类型为10；若数据分片属于音频流，则帧类型为11。

关于帧尾标记：若数据分片是I帧、P帧、B帧或音频流的最后一个数据分片，则帧尾标记为1；若否，则帧尾标记为0。

关于序列号：依次将序列号0至65535赋予每个数据包，超出65535的再从0开始赋值。

(4)发送端根据网络状况来调整发送状态：

预先设置丢包率的两个临界值分别为k₀＝1％、k₁＝5％。

若接收端反馈的实时丢包率k＝0.5％≤k₀，说明网络状况良好，此时传输所有数据包；

若接收端反馈的实时丢包率k₀＜k＝4％＜k₁时，说明网络状况一般，此时为了改善传输状态，选择按比例主动丢弃部分B帧。丢帧方法为：丢弃B帧的比例占所有B帧的比例为间隔丢帧，即隔1个B帧主动丢弃3个B帧，丢帧后该音视频数据的显示顺序为“I₁B₁P₁B₅P₂B₉P₃I₂......”；

若接收端反馈的实时丢包率k＝10％≥k₁，说明网络状况不好，此时主动丢弃全部B帧。若丢弃B帧后的实时丢包率k′＝0.7％≤k₀，则不再丢帧，此时该音视频数据的显示顺序为“I₁P₁P₂P₃I₂......”；若丢弃B帧后的实时丢包率k₀＜k′＝2％＜k₁，则主动丢弃每组GOP的后的P帧，此时该音视频数据的显示顺序为“I₁P₁P₂I₂......”；若丢弃B帧后的实时丢包率k′＝7％≥k₁，则主动丢弃所有的P帧，此时该音视频数据的显示顺序为“I₁I₂I₃......”。

Claims (5)

1.一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)发送端以初始码率v₀对音视频数据进行编码；

(2)对编码后视频数据流中的I帧、P帧、B帧以及与视频流同步的音频流数据进行数据分割，得到多个数据分片；

(3)对得到的数据分片封装数据包头，形成数据包；

(4)发送端根据网络状况来调整发送状态，网络状况良好时发送所有帧的数据包，网络状况不好时主动丢弃部分帧。

2.如权利要求1所述的一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法，其特征在于：所述步骤(4)中，网络状况的判别方法如下：

预先设置丢包率的两个临界值分别为k₀、k₁，其中k₀为传输状态较好时丢包率可以达到的较小值，k₁为传输状态一般时丢包率可以达到的较大值，k₀＜k₁，

a.当接收端反馈的实时丢包率k≤k₀时，说明网络状况良好；

b.当接收端反馈的实时丢包率k₀＜k＜k₁时，说明网络状况一般；

c.当接收端反馈的实时丢包率k≥k₁时，说明网络状况不好。

3.如权利要求1所述的一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法，其特征在于：所述步骤(4)中，发送端主动丢帧的策略如下：

a.当接收端反馈的实时丢包率k≤k₀时，传输所有数据包；

b.当接收端反馈的实时丢包率k₀＜k＜k₁时，为了改善传输状态，选择主动丢弃部分B帧；

c.当接收端反馈的实时丢包率k≥k₁时，主动丢弃全部B帧；若丢弃B帧后的实时丢包率k′≤k₀，则不再丢帧，此时传输所有I帧和P帧；若丢弃B帧后的实时丢包率k₀＜k′＜k₁，则主动丢弃部分P帧，此时传输I帧和剩余的P帧；若丢弃B帧后的实时丢包率k′≥k₁，则主动丢弃所有的P帧，此时只传输I帧。

4.如权利要求3所述的一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法，其特征在于：所述步骤(4)的策略b中，发送端主动丢弃部分B帧的具体方法为：按比例丢弃部分B帧，丢弃B帧的比例占所有B帧的比例为间隔丢帧，即若比例为则隔n-1个B帧主动丢弃1个B帧。

5.如权利要求3所述的一种流媒体自适应传输选择性丢帧方法，其特征在于：所述步骤(4)的策略c中，所述若丢弃B帧后的实时丢包率k₀＜k′＜k₁，则主动丢弃部分P帧的具体方法是：按比例丢弃部分P帧，主动丢弃每组GOP的后的P帧。