CN106792265B - 一种网络实时流媒体传输方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种网络实时流媒体传输方法和***，***包括发送模块和接收模块，发送模块用于将来自音视频编码器的所有音视频数据段封装成数据包，并将所有数据包排列成多维度的数据阵列，并对多维度的数据阵列中每一维度的数据包中的有效载荷进行编码得到若干个编码包，包括数据包和校验码；接收模块用于将来自发送模块的编码包接收来自发送模块的编码包，并将编码包排成阵列，按照预设顺序依次判断接收到的数据包是否丢包，若是，逐个维度循环进行丢包恢复，当丢包恢复完成仍无法恢复全部数据包则重传满足多维度恢复算法所需最少的数据包，而后重新恢复算法，完成全部数据包恢复。本发明减少重传数量，减少额外带宽使用及重造成的图像延迟。
Description
技术领域
本发明涉及流媒体传输技术领域。
背景技术
当前，使用分组交换网络进行实时流媒体传输的应用非常广泛。而音、视频质量对网络丢包、延迟非常敏感。一旦发生，会造成图像花屏、撕裂、卡顿等问题，影响使用体验。
为解决这一问题，当前通用的做法是使用TCP作为传输层协议，通过TCP的重传机制确保数据的可靠传输。如公开号为CN102098547A的中国发明专利公开的一种嵌入式网络自适应/实时高清视频的传输方法，包括可变比特率编码模块、编码速率统计模块、网络发送模块、网络传输最大带宽统计模块、编码码流调整决策模块。该***通过监控网络带宽，并根据带宽调整编码码率。但该***不涉及网络丢包时的数据恢复、重传等处理，尤其在无线网络受干扰影响，带宽快速变化时，无法保证接收端的音视频质量。又如公开号为CN104519325A的中国发明专利公开了一种基于4G网络的无线视频监控***自适应保障方法，包括视频采集终端及监控中心接收端。在监控中心接收端，对收到的视频数据进行统计分析，并通过控制报文发送至视频采集终端，视频采集终端根据控制报文调整视频参数及发送方式，达到保证图像稳定性要求。但该方法缺乏网络丢包时的数据恢复处理，同时缺乏在数据重传时的优化处理，需要对所有丢包进行重传，增加网络带宽占用的同时，也造成部分数据延迟加大，从而致使视频图像缓存、卡顿。或者如公开号为CN103957222A的中国发明专利公开了一种基于FEC算法的视频传输自适应方法，采用FEC算法，对丢包进行尽可能地恢复，并根据丢包情况调整发送端FEC参数或码率。但该方法中，对于丢包无法完全恢复时，缺乏后续处理手段，仍然会造成花屏等问题。并且该方法中，仅基于报文序列进行FEC编码及纠错，对丢包的纠错能力较弱，尤其当网络中发生连续丢包的情况无法处理，因此无法满足高质量图像传输的要求。以使这些现有操作方式在网络环境下不稳定时，尤其是在4G等无线链路上，大量、多次的重传会导致部分数据延迟增大，造成实时媒体流播放时的卡顿、缓存。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种网络实时流媒体传输方法，其在不过多增加计算复杂度的前提下，提升数据丢包恢复几率，降低重传数量。
本发明的目的之二在于提供一种网络实时流媒体传输***，其能够实现本发明的目的之一。
为实现上述目的之一，本发明采用如下技术方案：
一种网络实时流媒体传输方法，应用在发送模块和接收模块之间，包括如下步骤：
S1：发送模块将来自音视频编码器的所有音视频数据段以预设格式封装成等长有效载荷的数据包，并将所有数据包排列成多维度的数据阵列；
S2：发送模块对多维度的数据阵列中每一维度的数据包中的有效载荷进行编码得到若干个编码包，所述编码包包括数据包和校验码；
S3：接收模块接收来自发送模块的编码包，并按照预定方式将编码包排列成阵列；
S4：接收模块按照预设顺序依次判断接收到的数据包是否丢包，若是，则执行S5，否则，将所有数据包发送至音视频解码器；
S5：按顺序依次对所有维度进行丢包恢复，之后执行S6；
S6：判断是否所有丢包已全部恢复完毕，若是，则将所有数据包发送至音视频解码器；否则，执行S7；
S7：基于下一个维度进行丢包恢复，之后执行S8；
S8：判断是否所有丢包已全部恢复完毕，若是，则将所有数据包发送至音视频解码器；否则，执行S9；
S9：判断是否已遍历所有维度，若是，则执行S10，否则，执行S7；
S10：最近一次遍历所有维度的丢包恢复，是否有成功恢复数据包，若是，执行S5；否则通过最小必要重传机制将未恢复的数据包进行重传。
优选的，S1中，所述预设格式为多维RS编码格式。
优选的，S2具体包括如下子步骤：
S21：发送模块对多维度的数据阵列的每一维度中的数据包中的有效载荷依次进行编码，定义该数据包排列为具有(M-J)行、(N-K)列的2维数据阵列，则对该数据包进行编码后得到一个M行、N列的编码包阵列，其中，对每一行的数据包进行编码得到N个编码包，该编码包包括(N-K)个数据包和K个校验包；；
S22：对数据包阵列中的每一列数据包进行编码生成M-J个数据包和J个校验包。
优选的，S3具体为：
接收模块接收来自发送模块的编码包，对接收到的编码包根据其对应的数据包组合成多维度的数据阵列。
优选的，S5具体为：
按照预设顺序对该数据阵列的一个维度的编码包进行丢包恢复。
本发明的目的之二采用如下技术方案：
一种网络实时流媒体传输***，包括音视频编码器、音视频解码器、发送模块和接收模块，所述音视频编码器用于发送音视频数据段至发送模块；所述发送模块用于将所有音视频数据段以预设格式封装成等长有效载荷的数据包，并将所有数据包排列成多维度的数据阵列，并对多维度的数据阵列中每一维度的数据包中的有效载荷进行编码得到若干个编码包，所述编码包包括数据包和校验码；接收模块用于接收来自发送模块的编码包，并按照预定方式将编码包排列成阵列，按照预设顺序依次判断接收到的数据包是否丢包，如发生丢包，则逐个维度循环进行丢包恢复，当丢包恢复完成后，仍然无法恢复全部数据包，则重传满足多维度恢复算法所需的最少的数据包，而后重新运行恢复算法，完成全部数据包的恢复。
优选的，所述预设格式为多维RS编码格式。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过对数据包进行多维编码，通过对多维度的编码包进行检验，并进行丢包恢复，提升了丢包恢复几率；
2、只对于经过多维度丢包恢复后仍然无法恢复的丢包，只重传其中部分丢包，就可以满足多维度丢包恢复机制的重新运行，并恢复出全部丢包，显著降低报文重传数量，从而减少额外带宽使用及重传造成的图像延迟。
附图说明
图1为本发明的一种网络实时流媒体传输方法的流程图。
图2为本发明实施例的数据包的多维度数据阵列排列图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明提供一种网络实时流媒体传输方法，主要应用在发送模块和接收模块之间，发送模块和接收模块是分组交换网络传输中的必要组成部分，本发明包括如下步骤：
S1：发送模块将来自音视频编码器的所有音视频数据段以预设格式封装成等长有效载荷的数据包，并将所有数据包排列成多维度的数据阵列；
本步骤中，对音视频数据段进行封装采用的格式可以自行旋动，本发明选用RS(Reed-So l omon)编码。每个数据包的有效载荷中包含L个s比特数据符号，然后针对每一维度的数据包中的有效载荷进行编码。
S2：发送模块对多维度的数据阵列中每一维度的数据包中的有效载荷进行编码得到若干个编码包，所述编码包包括数据包和校验码；
S2具体包括如下子步骤：
S21：发送模块对多维度的数据阵列的每一维度中的数据包中的有效载荷依次进行编码，定义该数据包排列为具有(M-J)行、(N-K)列的2维数据阵列，则对该数据包进行编码后得到一个M行、N列的编码包阵列，其中，对每一行的数据包进行编码得到N个编码包，该编码包包括(N-K)个数据包和K个校验包；；
S22：对数据包阵列中的每一列数据包进行编码生成M-J个数据包和J个校验包。
如图2所示，数据包被排列成(M-J)行、(N-K)列的二维阵列，针对每一行、每一列进行编码。首先对每一行的数据包进行编码，生成N个编码包，其中包括N-K个数据包、K个校验包。然后进行第二次编码，对每一列数据包进行编码，生成M-J个数据包、J个校验包。并将所有编码包逐行发送到网络中。
编码包在通过分组交换网络后，在接收模块中进行检验。根据RS编码原则，如网络传输中出现丢包，任一维度中编码包中，只要丢包数量不大于K，就可以在接收端恢复出全部数据包，如丢包数量大于K，则无法进行恢复。但在本发明中，由于采用了多维度的编码，在某一维度丢包超出K个时，可以检查被丢数据包在其他维度中是否可被恢复，如可以，则进行恢复，而后重新计算该维度中其他丢包是否可被恢复。通过这样多维度间交织关联，大幅度增加了整个数据包阵列被完全恢复的几率。
尤其在网络不稳定，出现短暂连续丢包时(如无线网络中的快衰落引起的丢包)，由于数据发送是逐维度进行的，容易造成某一维度丢包严重，超出容忍极限K。此种情况下，结合其他维度的丢包恢复能力，有助于帮助解决问题。
S3：接收模块接收来自发送模块的编码包，并按照预定方式将编码包排列成阵列；S3具体为：接收模块接收来自发送模块的编码包，对接收到的编码包根据其对应的数据包组合成多维度的数据阵列；
S4：接收模块按照预设顺序依次判断接收到的数据包是否丢包，若是，则执行S5，否则，将所有数据包发送至音视频解码器；
S5：按顺序依次对所有维度进行丢包恢复，之后执行S6；例如图2展示的二维真理的数据包丢包恢复中，首先对于编码包阵列中从行维度进行丢包恢复处理。对每一行中的丢包进行恢复，如该行丢包数小于、等于K，则直接运行丢包恢复处理，恢复出该行所有丢包。而后进行下一行处理。如该行丢包数大于K，则不作处理，直接进行下一行的丢包恢复处理，直至完成所有行的处理。而后执行S6。
S6：判断是否所有丢包已全部恢复完毕，若是，则将所有数据包发送至音视频解码器；否则，执行S7；
S7：基于下一个维度进行丢包恢复，之后执行S8；
S7具体包括：
S71：按照预设顺序对该数据阵列的另一个维度的编码包进行丢包恢复。例如图2所示的2维阵列的数据包丢包恢复中，在完成行维度的丢包恢复处理后，如仍然存在丢包，则更换为列维度进行丢包恢复。对每一列中的丢包进行恢复，如该列丢包数小于、等于J，则直接运行丢包恢复处理，恢复出该列所有丢包。而后进行下一列处理。如该列丢包数大于J，则不作处理，直接进行下一列的丢包恢复处理，直至完成所有列的处理。而后执行S8。
S8：判断是否所有丢包已全部恢复完毕，若是，则将所有数据包发送至音视频解码器；否则，执行S9；
S9：判断是否已遍历所有维度，若是，则执行S10，否则，执行S7；
S10：最近一次遍历所有维度的丢包恢复，是否有成功恢复数据包，若是，执行S5；否则通过最小必要重传机制将未恢复的数据包进行重传。
如图2的实例中，接收模块将编码包排列成二维阵列，首先按“行”维度进行检查及丢包恢复。当某一行丢包不大于K个时，直接进行丢包恢复，当某一行丢包超出K个时，则进行下一行的检查及恢复。当完成“行”维度的处理后。如全部数据包已经被恢复，则交由音视频解码器处理，并发送统计报文至发送模块。如仍有数据包未被恢复，则进入“列”维度进行检查及丢包恢复。在完成“列”维度的处理后，如全部数据包已经被恢复，则交由音视频解码器进行后续处理，并发送统计报文至发送模块。如仍存在未恢复数据包，且在“列”维度处理中，有数据包被恢复，则返回“行”维度进行处理。反复循环，直至一次遍历“行”、“列”维度的处理循环中，没有数据包被恢复，则进行重传处理。
假如图2所述的二维阵列，假设J＝2，K＝2，假设图2中有九个无法恢复的数据包，分别为p(1，1)、p(1，2)、p(1，3)、p(2，1)、p(2,2)、p(2，3)、p(N-2，1)、p(N-2，2)、p(N-2，3)，分析这些数据包，选择重传p(2,2)，假设经过操作，第1、3行，第1、N-2列也已经满足恢复调节，运行后，可以将全部数据恢复。
编码包阵列中，经由多维网络丢包恢复机制处理后，仍存在无法恢复数据包时，则启动“最小必要重传”机制。该机制中，首先分析阵列中无法被恢复包的排列规则，找出可满足启动多维网络丢包恢复机制、并完成全部数据包恢复所需的数据包，而后通过统计报文通知发送模块，仅对这些数据包进行重传。获得这些数据包后，重新进行丢包恢复处理，恢复出全部数据包，交由音视频解码器处理，并发送统计报文至发送模块。
发送模块可以根据来自接收模块的统计报文，调整信道编码策略。例如：在连续收到重传要求时，通过加大RS编码中J、K值，增加校验包比例，提高丢包恢复处理成功率，减少后续重传。如加大J、K值后，仍然会发生重传，则进一步通过控制消息通知音视频编码器，降低信源编码的码率，降低网络流量。而在连续多次不需要重传时，可逐步降低RS编码的J、K值，提高数据包比例，进行更有效传输。如连续无重传、且丢包恢复统计信息表明网络丢包数量较少，可以进一步通过控制消息通知音视频编码器，提升信源编码的码率、调整视频I/P/B帧策略及间隙，直至达到***设置允许的最大值，以提供更好音质、画质。音视频解码器对收到的数据进行信源解码，获得音视频信息，通过显示接口输出给显示屏幕。
本发明还提供一种网络实时流媒体传输***，包括音视频编码器、音视频解码器、发送模块和接收模块，所述音视频编码器用于发送音视频数据段至发送模块；所述发送模块用于将所有音视频数据段以预设格式封装成等长有效载荷的数据包，并将所有数据包排列成多维度的数据阵列，并对多维度的数据阵列中每一维度的数据包中的有效载荷进行编码得到若干个编码包，所述编码包包括数据包和校验码；接收模块用于将来自发送模块的编码包接收来自发送模块的编码包，并按照预定方式将编码包排列成阵列，按照预设顺序依次判断接收到的数据包是否丢包，如发生丢包，则逐个维度循环进行丢包恢复，当丢包恢复完成后，仍然无法恢复全部数据包，则重传满足多维度恢复算法所需的最少的数据包，而后重新运行恢复算法，完成全部数据包的恢复。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种网络实时流媒体传输方法，其特征在于，应用在发送模块和接收模块之间，包括如下步骤：
S1：发送模块将来自音视频编码器的所有音视频数据段以预设格式封装成等长有效载荷的数据包，并将所有数据包排列成多维度的数据阵列；所述预设格式为多维RS编码格式；
S2：发送模块对多维度的数据阵列中每一维度的数据包中的有效载荷进行编码得到若干个编码包，所述编码包包括数据包和校验码；
S3：接收模块接收来自发送模块的编码包，并按照预定方式将编码包排列成阵列；
S4：接收模块按照预设顺序依次判断接收到的数据包是否丢包，若是，则执行S5，否则，将所有数据包发送至音视频解码器；
S5：按顺序依次对所有维度进行丢包恢复，之后执行S6；
S6：判断是否所有丢包已全部恢复完毕，若是，则将所有数据包发送至音视频解码器；否则，执行S7；
S7：基于下一个维度进行丢包恢复，之后执行S8；
S8：判断是否所有丢包已全部恢复完毕，若是，则将所有数据包发送至音视频解码器；否则，执行S9；
S9：判断是否已遍历所有维度，若是，则执行S10，否则，执行S7；
S10：最近一次遍历所有维度的丢包恢复，是否有成功恢复数据包，若是，执行S5；否则通过最小必要重传机制将未恢复的数据包进行重传。
2.如权利要求1所述的网络实时流媒体传输方法，其特征在于，S3具体为：
接收模块接收来自发送模块的编码包，对接收到的编码包根据其对应的数据包组合成多维度的数据阵列。
3.如权利要求1所述的网络实时流媒体传输方法，其特征在于，S5具体为：
按照预设顺序对该数据阵列的一个维度的编码包进行丢包恢复。
4.一种网络实时流媒体传输***，其特征在于，包括音视频编码器、音视频解码器、发送模块和接收模块，所述音视频编码器用于发送音视频数据段至发送模块；所述发送模块用于将所有音视频数据段以预设格式封装成等长有效载荷的数据包，并将所有数据包排列成多维度的数据阵列，并对多维度的数据阵列中每一维度的数据包中的有效载荷进行编码得到若干个编码包，所述编码包包括数据包和校验码；接收模块用于接收来自发送模块的编码包，并按照预定方式将编码包排列成阵列，按照预设顺序依次判断接收到的数据包是否丢包，如发生丢包，则逐个维度循环进行丢包恢复，当丢包恢复完成后，仍然无法恢复全部数据包，则重传满足多维度恢复算法所需的最少的数据包，而后重新运行恢复算法，完成全部数据包的恢复；所述预设格式为多维RS编码格式。
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