專利名稱：基于無線視頻監(jiān)控的幀率控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于無線視頻監(jiān)控的幀率控制方法，屬于無線網絡視頻技術領域。
(二)
背景技術：
隨著無線寬帶技術的普及，各種各樣基于無線模式的應用成為了科技熱點。如無線視 頻傳輸，無線視頻會議，無線上網，無線資源共享等等。而其中無線視頻傳輸則有非常廣泛 應用前景，原有的有線視頻傳輸模式因為靈活機動性差，只能在有限范圍內進行觀看，并且 無法擺脫線纜的約束，所以已經逐漸不能滿足人們的需要。而以基于IEEE 802. 16標準的 WiMAX技術為代表的，新一代無線寬帶技術在全球范圍內的推廣，使得通過無線環(huán)境進行高 質量，高速率視頻傳輸變成了熱點話題。
而無線視頻傳輸中，極其熱門的應用則是無線視頻監(jiān)控。以往的視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多是基 于有線環(huán)境的，雖然視頻質量好，效果穩(wěn)定，但是由于擺脫不了有線的限制，所以仍然在某 些特殊應用上無能為力。比如說對于車，船，甚至是直升機等移動目標，此外還包括有線網 絡無法覆蓋和到達的地點，以及隨機地點進行視頻監(jiān)控的需求，都是傳統(tǒng)有線解決方案不能 解決的問題。同時傳統(tǒng)有線視頻監(jiān)控的建設成本高，運行費用以及消耗成本也較高，同時監(jiān) 控點撤離時即麻煩又容易造成浪費。
因此，相比較而言，基于無線技術的視頻監(jiān)控則擁有更加機動，上行端與下行端均可靈 活部署的優(yōu)勢。比如可以采用單點對多點的無線通信模式，只需要在中心位置安放一個單點 無線基站，就能對周邊大范圍地區(qū)的若干個監(jiān)控點進行信號覆蓋。同時采用無線監(jiān)控時所需 施工時間短，不需要布線等復雜勞動，也不會對現有環(huán)境和建筑設施進行破壞。而且如果需 要增添新的無線監(jiān)控點，不需要像傳統(tǒng)有線模式那樣對網絡進行大面積改造，只需要簡單的 對網絡進行調試添加即可，可擴展性非常強。因此相比之下，無線視頻監(jiān)控比傳統(tǒng)有線模式 要優(yōu)秀的多。
然而無線傳輸卻有著無法避免的問題，那就是其網絡的不穩(wěn)定性。無論是目前已成熟的 基于IEEE 802. 11的WiFI技術，還是新興的WiMAX技術，都不可避免的存在此問題。由于 網絡的不穩(wěn)定性，會造成數據的不定時丟失，因此對于視頻而言，可能會造成丟幀，甚至停 止播放的現象。如名稱為"一種無線視頻監(jiān)控裝置"、申請?zhí)枮镃N200820044471.2的專利， 該裝置所表現的視頻畫面即存在以上問題，從而導致無線視頻監(jiān)控效果大打折扣。因此要在 無線環(huán)境下進行視頻監(jiān)控，就要針對其網絡不穩(wěn)定性作一系列的調整與優(yōu)化，爭取將網絡不 穩(wěn)定性對視頻的影響減小到最低。
(三)
發(fā)明內容
為克服現有技術的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種基于無線視頻監(jiān)控的幀率控制方法。 無線視頻監(jiān)控的傳輸分為發(fā)送端(一般指上行視頻采集端，即監(jiān)控攝像頭)和接收端(一
般指下行視頻觀看端，如電視，電腦等)兩大部分。而本發(fā)明所設計的幀率控制，主要是針
對接收端而言的。
一種基于無線視頻監(jiān)控的幀率控制方法，步驟如下-
1、 用戶開始下達視頻播放指令，接收端開始接收視頻幀；此時當前視頻幀數F,由最初 的0逐漸增長；
2、 判定當前視頻幀數F,.和延時幀數F,的大小當F,〉FJ寸，進行下一步，否則再返回步驟2;
3、 視頻開始常速播放，此時的視頻幀率S為常速，即基準幀率Sp;視頻開始正常播放 后，除了理想情況下當前視頻幀數F,值穩(wěn)定在延時幀數FJ付近外，有兩種可能 一種是當 前視頻幀數F,增長過快， 一種是當前視頻幀數F,增長過慢；
4、 判定當前視頻幀數F,和視頻減速門限F,的大小當F,〈FJ寸，減速進行視頻播放，即 S=SP_S。，返回步驟2;由于接收端幀率降低，而發(fā)送端發(fā)送速度不變，所以會增大F,的增 長速度，直到F,值由減少變?yōu)樵龃?；當F》F,時，進行下一步，為了避免F,值保持在FJ付近， 而不是理想狀態(tài)下的FJ付近，所以繼續(xù)保持低速播放，直到F,〉B后，才令S二 Sp。
5、 判定當前視頻幀數F,和視頻加速門限F力及延時幀數F^的大小當F,F力時，進行下 一步；否則再返回步驟5;
6、 視頻開始加速進行播放，即S二S/S。，然后返回步驟2;由于接收端播放幀率提高， 而發(fā)送端發(fā)送幀率沒有改變，所以會降低Fj的增長速度，直到F,由增長變?yōu)闇p少；當F/Fa 時，為了避免Fj值保持在FA附近，而不是理想狀態(tài)下的K附近，所以繼續(xù)保持高速播放， 直到FXFJg，才令S二Sp。
整個視頻幀率控制方法的流程圖如附圖1所示。 上述方法中所用參數名詞解釋如下
(1) 視頻緩存B"
接收端對接收到的視頻幀進行緩存，而不是立即播放；設參數B"值，如取值為200，則 代表最大可以緩存200幀；
(2) 當前視頻幀數Fj
即當前在緩存中全部的視頻幀數，也就是說接收端已經接收到，而并沒有進行播放的視 頻幀數。本發(fā)明中用Fj表示該參數。該參數的取值范圍為[O, B ]。
(3) 網絡狀態(tài)參數St
根據無線網絡狀態(tài)，即網絡質量，分為"好，中，差"三個檔次，本發(fā)明用St代表該參 數，其取值方式對應分別為4， 3， 2。
(4) 視頻加速門限F力
即當F,值大于該門限時，對視頻進行高速播放。本發(fā)明用F^代表該參數。計算公式如下
(5) 視頻減速門限F;
即當F,值小于該門限時，對視頻進行低速播放。本發(fā)明用F,代表該參數。計算公式如下
"會]
(6) 延時幀數F,
規(guī)定一個數值，當用戶下達視頻播放指令后，對F,進行判斷，當大于該數值時，才開始 播放畫面。本發(fā)明中用F,代表該參數，計算公式如下
(7)視頻幀率S
4即視頻每秒播放的幀數，也就是FPS。本發(fā)明用S代表該參數。 (8)視頻基準幀率Sp
在視頻監(jiān)控中， 一般均采用25fps為基準幀率。而在本發(fā)明中，該參數由網絡狀態(tài)決定。
本發(fā)明中用Sp代表該參數，計算公式如下
(9)視頻幀率變化量S。
既然要進行幀率控制，則必然存在幀率變化量。本發(fā)明中用S。代表該參數，其同樣由網
絡狀態(tài)決定。計算公式如下
依據視頻幀率控制原理，有很多細節(jié)需要進行分析，才能更好的完善該處理方法。以下 將分幾方面進行相關細節(jié)的討論。
(1) 幀率變化量問題
幀率發(fā)生變化時，視頻畫面會有播放速度加快或減慢的現象。如何能盡量減小這種變化，
是非常重要的問題。所以s。不能為固定值，而應由所在的無線網絡狀況決定。
如果所處的無線網絡狀態(tài)良好，則應該減小幀率變化量。當S^4時，由公式(4)(5)知 SP=25， S。=2，則變化幅度僅為8%。此時如果用肉眼觀看視頻的話，很難分辨出幀率是否存 在變化。
相反，如果網絡狀態(tài)差，則應增加幀率變化量。當Sf=2時，由公式(4) (5)知S^15， St=4， 則變化幅度為26.7%。此數值已經接近變化幅度的上限，否則過度明顯的幀率變化，會影響 視頻的準確性與可信度，從而違背了視頻幀率控制的初衷。
(2) 緩存中無視頻幀問題
當視頻播放中出現F^0時，此時視頻畫面會定格在某時刻不動。此時可以在接收端程 序或硬件中，預先存儲一段簡短的視頻(可以為提示或廣告等)。如果F尸0，則自動播放該 內置視頻，避免用戶看到視頻停頓或是黑屏的情況，同時可以有效提醒用戶網絡出現問題。
當網絡狀況恢復正常時，F,值由零開始增長，當F》FJ寸，結束內置視頻的播放，轉為 播放真實畫面。
(3) 網絡狀態(tài)問題
為了提高幀率控制的自適應性，應該自動對網絡狀態(tài)進行判斷。以WiMAX網絡為例，當 CINR〉15時，網絡狀態(tài)判定為"好，，;當5〈CINR〈15時，網絡狀態(tài)判定為"中";當CINR〈5 時，網絡狀態(tài)判定為"差"。當然，具體到實際網絡，還可能結合信號強度RSSI等進行判定。 同時，可以在接收端軟件或設置界面上，允許用戶強制進行網絡狀態(tài)選擇。
(4) 網絡中斷時間較長問題
如果網絡中斷時間較長，則發(fā)送端緩存已滿，所以會發(fā)生發(fā)送端緩存清空，甚至數次清 空的情況。此時這段時間內的視頻幀永久性丟失，體現在視頻畫面上的將是某段時間的內容 丟失。要避免這種現象的發(fā)生，最直接的方法是增大發(fā)送端緩存。同時在網絡恢復正常后， 為了避免接收端無法一次性處理過多視頻幀，應該對發(fā)送端的視頻幀發(fā)送速率作限制。每秒 鐘發(fā)送幀數最大不超過(Sp+S》幀，即不超過接收端的最大幀率。這樣就能將網絡中斷期間 的視頻幀盡可能的存放起來，直到接收端將該部分視頻幀處理完畢為止。本發(fā)明方法的優(yōu)點為簡單可行，只需簡單修改接收裝置的處理程序即可；適用范圍廣， 不僅是無線網絡，在有線網絡中同樣適用；效果顯著，有效降低了網絡不穩(wěn)定對視頻造成的 影響，提高了視頻的流暢度。
(四)
圖1是本發(fā)明幀率控制方法的處理流程圖，圖2是本發(fā)明具體實施測試網絡拓撲圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
實施例
一種基于無線視頻監(jiān)控的幀率控制方法，步驟如下
1) 用戶開始下達視頻播放指令，接收端開始接收視頻幀；此時當前視頻幀數F,由最初 的0逐漸增長；
2) 判定當前視頻幀數R和延時幀數F,的大小當F, 〉Fd時，進行下一步，否則再返回 步驟2);
3) 視頻開始常速播放，此時的視頻幀率S為常速，即基準幀率Sp;視頻開始正常播放 后，除了理想情況下當前視頻幀數F,值穩(wěn)定在延時幀數FJ付近外，有兩種可能 一種是當 前視頻幀數F,增長過快， 一種是當前視頻幀數F,增長過慢；
4) 判定當前視頻幀數F,和視頻減速門限F;的大小當FXFJ寸，減速進行視頻播放，即 S=SP-S。，返回步驟2;由于接收端幀率降低，而發(fā)送端發(fā)送速度不變，所以會增大F,的增 長速度，直到F,值由減少變?yōu)樵龃螅划擣j〉F;時，進行下一步，為了避免F,值保持在F,附近， 而不是理想狀態(tài)下的FJ付近，所以繼續(xù)保持低速播放，直到F,〉b后，才令S二 Sp。
5) 判定當前視頻幀數F,和視頻加速門限F力及延時幀數^的大小當F》FJ寸，進行下 一歩；否則再返回步驟5;
6) 視頻開始加速進行播放，即S^Sp+S。，然后返回步驟2;由于接收端播放幀率提高， 而發(fā)送端發(fā)送幀率沒有改變，所以會降低F,的增長速度，直到F,由增長變?yōu)闇p少；當FXFa 時，為了避免Fj值保持在F,附近，而不是理想狀態(tài)下的F,附近，所以繼續(xù)保持高速播放， 直到F,〈FJg，才令S:Sp。
測試網絡環(huán)境為WiMAX單基站，上行端采用監(jiān)控攝像頭+編碼器+CPE，下行端采用裝有 W這AX接入設備的電腦進行軟解碼。通過修改客戶端監(jiān)控軟件中的幀率處理部分，進行幀率 控制的測試與實現。同時在軟件中添加參數追蹤記錄程序，由其自動生成的日志文件統(tǒng)計出 如下數據。測試環(huán)境的網絡拓撲圖如附圖2所示。
(1) 測試參數將接收端緩存設置為200幀，即8 =200。同時令S,2，由公式可計算 得FA=100， F;=50， Frf=75， SP =15， Se =4。在該次測試中，網絡狀態(tài)保持為"差"不變。
(2) 測試結果與分析本次測試采用物體屏蔽接收端的方法，模擬了一次短時間網絡中 斷。在5秒左右時F,〉Fd，此時S二 SP =15。在10秒左右時，網絡開始中斷，F,急速下降直 到為O。在20秒左右時網絡恢復正常，在25秒左右時F,〉 F力，此時S二 Sp + S。 =19。此時 發(fā)送端以每秒19幀的速度，將網絡中斷期間存儲在發(fā)送端緩存的所有視頻幀進行發(fā)送。接 收端經過近30多秒的高速播放，于62秒左右時F,.〈 Frf，此時5= Sp=15。
由測試結果可看出，幀率控制方法將網絡中斷期間的視頻幀作了有效處理，最大程度上 保證了視頻的流暢性。
權利要求
1、一種基于無線視頻監(jiān)控的幀率控制方法，步驟如下1)用戶開始下達視頻播放指令，接收端開始接收視頻幀；此時當前視頻幀數Fi由最初的0逐漸增長；2)判定當前視頻幀數Fi和延時幀數Fd的大小當Fi＞Fd時，進行下一步，否則再返回步驟2)；3)視頻開始常速播放，此時的視頻幀率S為常速，即基準幀率Sp；視頻開始正常播放后，除了理想情況下當前視頻幀數Fi值穩(wěn)定在延時幀數Fd附近外，有兩種可能一種是當前視頻幀數Fi增長過快，一種是當前視頻幀數Fi增長過慢；4)判定當前視頻幀數Fi和視頻減速門限F1的大小當Fi＜F1時，減速進行視頻播放，即S＝Sp-Sc，返回步驟2；由于接收端幀率降低，而發(fā)送端發(fā)送速度不變，所以會增大Fi的增長速度，直到Fi值由減少變?yōu)樵龃?；當Fi＞F1時，進行下一步，為了避免Fi值保持在F1附近，而不是理想狀態(tài)下的Fd附近，所以繼續(xù)保持低速播放，直到Fi＞Fd后，才令S＝Sp；5)判定當前視頻幀數Fi和視頻加速門限Fh及延時幀數Fd的大小當Fi＞Fh時，進行下一步；否則再返回步驟5；6)視頻開始加速進行播放，即S＝Sp+Sc，然后返回步驟2；由于接收端播放幀率提高，而發(fā)送端發(fā)送幀率沒有改變，所以會降低Fi的增長速度，直到Fi由增長變?yōu)闇p少；當Fi＜Fh時，為了避免Fi值保持在Fh附近，而不是理想狀態(tài)下的Fd附近，所以繼續(xù)保持高速播放，直到Fi＜Fd后，才令S＝Sp。
全文摘要
基于無線視頻監(jiān)控的幀率控制方法，屬于無線網絡視頻技術領域，步驟為用戶開始下達視頻播放指令，接收端開始接收視頻幀；判定F<sub>i</sub>和F<sub>d</sub>的大小當F<sub>i</sub>＞F<sub>d</sub>時，進行下一步，否則再返回步驟2；視頻開始常速播放，此時的視頻幀率S為S<sub>p</sub>；判定F<sub>i</sub>和F<sub>l</sub>的大小當F<sub>i</sub>＜F<sub>l</sub>時，減速進行視頻播放，即S＝S<sub>p</sub>-S<sub>c</sub>，返回步驟2；當F<sub>i</sub>＞F<sub>l</sub>時，進行下一步；判定F<sub>i</sub>和F<sub>h</sub>及F<sub>d</sub>的大小當F<sub>i</sub>＞F<sub>h</sub>時，進行下一步；否則再返回步驟5；視頻開始加速進行播放，即S＝S<sub>p</sub>+S<sub>c</sub>，然后返回步驟2；當F<sub>i</sub>＜F<sub>b</sub>時，直到F<sub>i</sub>＜F<sub>d</sub>后，令S＝S<sub>p</sub>。本發(fā)明方法有效的改善了視頻流暢度，減少了網絡不穩(wěn)定對視頻的影響。
文檔編號H04L29/08GK101552909SQ200910014849
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權日2009年4月28日
發(fā)明者晶 荊, 曙 陳 申請人:山東大學