專利名稱：一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在無線蜂窩視頻監(jiān)控領(lǐng)域中基于編碼器和緩存的兩級碼率控制 方法。
背景技術(shù)：
基于CDMA2000/GPRS等的移動數(shù)字視音頻監(jiān)控系統(tǒng)(以下稱移動監(jiān)視系統(tǒng))中， 通過利用CDMA、GPRS等的數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時多媒體數(shù)據(jù)，使視音頻監(jiān)控系統(tǒng)不再受到 地域范圍的限制，可在蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)內(nèi)的任意地點(diǎn)設(shè)置視音頻監(jiān)控點(diǎn)，在控制中心或 其他地方實(shí)時觀看監(jiān)控點(diǎn)的視音頻信息。在該類移動監(jiān)視系統(tǒng)中，通過大量的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)和對丟包特性的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)引 起丟包的主要原因是蜂窩無線信道和有線Internet網(wǎng)絡(luò)的混合信道傳輸帶寬的波動造成 的。傳統(tǒng)的無線/有線通信系統(tǒng)中，給每個連接分配的信道 帶寬是固定的，然而，在實(shí)際的 蜂窩移動通信過程中，無線信道帶寬由于這樣幾個原因會發(fā)生變化1、當(dāng)移動終端在不同的小區(qū)間移動時，可用帶寬可能會發(fā)生劇烈變化(如 CDMA2000-1X的有效帶寬范圍為每秒20Kbps到100Kbps) ；2、當(dāng)移動過程中進(jìn)行切換時，基 站可能沒有足夠的可用無線資源滿足新加入的移動終端的需求；3、無線信道的傳輸能力可 能由于多徑干擾、信道間干擾和噪音等因素的影響而降低；4、無線信道的容量受基站與移 動主機(jī)之間的距離影響；5、無線信道的容量受小區(qū)內(nèi)活躍用戶數(shù)量的影響。由于移動網(wǎng)絡(luò)帶寬時變的特性，在發(fā)送端采用恒定的數(shù)據(jù)發(fā)送速率將是不適宜 的，可能發(fā)生的情況是在數(shù)據(jù)傳送過程中產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失，造成接收端視頻 播放停頓或錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
通過信道感知和擁塞控制，發(fā)送端的發(fā)送碼率得以確定并實(shí)時調(diào)整以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶 寬的波動。碼率控制是視頻編碼中的一個重要問題，是指如何控制編碼參數(shù)以使產(chǎn)生的比 特流符合應(yīng)用需求，并達(dá)到高的編碼質(zhì)量。碼率控制的過程可以分為兩個部分比特分配和 為了達(dá)到分配的比特進(jìn)行編碼參數(shù)計(jì)算，一般指量化級的計(jì)算。至于量化級的確定主要取 決于所使用的碼率控制模型?？梢韵葹槊恳粠_定一個量化級，然后對于幀內(nèi)每個宏塊的 量化系數(shù)，或者保持恒定，或者采用某種方法自適應(yīng)地改變。也可以直接根據(jù)每個宏塊的特 性進(jìn)行量化級的計(jì)算。除了量化級外，調(diào)節(jié)幀率、幀類型或空間分辨率等都可以用來控制輸 出碼率。本發(fā)明的目的是提供一種在無線蜂窩視頻監(jiān)控領(lǐng)域中控制碼率的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于編碼器和緩存的兩級碼 率控制方法，其特征在于，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統(tǒng) 計(jì)分析，主控單元在遇到超過門限的包丟失率情況下進(jìn)行RTP緩存清理，重新計(jì)算并設(shè)定編碼器的編碼碼率；
步驟2、由編碼器依據(jù)步驟1得到的編碼碼率為目標(biāo)碼率進(jìn)行碼率控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種用于無線蜂窩視頻監(jiān)控中的碼率控制方法，該方法能 夠有效、快速地將碼流的發(fā)送速率控制在給定的網(wǎng)絡(luò)帶寬上來。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例來具體說明本發(fā)明。實(shí)施例本發(fā)明提供了一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統(tǒng) 計(jì)分析，主控單元(CPU)在遇到超過門限的包丟失率情況下進(jìn)行RTP緩存清理，重新計(jì)算并 設(shè)定編碼器的編碼碼率。RTP緩存清理的具體步驟為在基于時域預(yù)測的GOP編碼結(jié)構(gòu)中，前一幀圖像的丟 失將造成同一 GOP中后續(xù)圖像因參考幀的丟失而出現(xiàn)失真，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致視頻質(zhì)量的 急劇惡化。這些因丟包而受到污染的幀，對視頻的解碼重構(gòu)意義不大。基于此，這些受污染 的無效幀可以在發(fā)送端進(jìn)行清除以提高帶寬的利用率。為此，當(dāng)CPU通過RTCP反饋檢測到 一個幀丟失時，將會分析找到緩存中是否有未發(fā)送的受污染幀，并把這些無效幀從緩存中 移出，不再發(fā)送。根據(jù)清理后的緩存充盈程度，CPU重新計(jì)算、設(shè)定編碼器的編碼碼率，通知 編碼器(DSP)依此碼率作為目標(biāo)碼率進(jìn)行碼率控制。步驟2、由編碼器依據(jù)步驟1得到的編碼碼率為目標(biāo)碼率進(jìn)行碼率控制。編碼器碼控編碼器采用三種方式進(jìn)行碼率控制。1.幀級量化參數(shù)調(diào)整采用JVT提案中的G012碼率控制方案，根據(jù)緩沖區(qū)的充盈 度和目標(biāo)碼率進(jìn)行幀級比特分配，并根據(jù)預(yù)測的MAD (均方誤差)值利用二項(xiàng)式碼率模型進(jìn) 行量化級的計(jì)算，再用這個量化級進(jìn)行率失真優(yōu)化宏塊模式判別。2.幀率調(diào)整考慮到圖像空間質(zhì)量的保證，在信道帶寬較低時，通過幀率的調(diào)整 來降低編碼碼率，從而達(dá)到碼率控制的目的。在CDMA監(jiān)控項(xiàng)目中，采用下表所示的幀率調(diào) 整范圍(表中RT為檢測到的信道可用帶寬)。
3.空間分辨率調(diào)整支持CIF (352x288)和Dl (704x576，僅在碼率大于60kbps時 支持)兩種分辨率的圖像編碼方式。但在項(xiàng)目具體實(shí)現(xiàn)中，空間分辨率的調(diào)整要通過服務(wù) 器端人工控制，即根據(jù)用戶的需要來動態(tài)改變編碼圖像的空間分辨率。
在CDMA監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，本發(fā)明采用了基于編碼器和緩存的兩級聯(lián)合碼率控 制策略。對編碼器(DSP)壓縮后的視頻流(RTP格式)，需要進(jìn)行UDP/IP協(xié)議打包、網(wǎng)絡(luò)發(fā) 送。這部分工作由主控單元(ARM CPU)來完成。為了平滑網(wǎng)絡(luò)變化帶來的帶寬抖動，CPU為 RTP視頻流提供了一級緩存。通過對收到的RTCP反饋信息的統(tǒng)計(jì)分析，CPU在遇到超過門 限的包丟失率情況下會啟動擁塞控制，對發(fā)送碼率進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統(tǒng)計(jì)分析，主控單元在遇到超過門限的包丟失率情況下進(jìn)行RTP緩存清理，重新計(jì)算并設(shè)定編碼器的編碼碼率；步驟2、由編碼器依據(jù)步驟1得到的編碼碼率為目標(biāo)碼率進(jìn)行碼率控制。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，步 驟1中所述RTP緩存清理的步驟為當(dāng)主控單元通過RTCP反饋檢測到一個幀丟失時，分析 找到緩存中是否有未發(fā)送的受污染幀，并把這些無效幀從緩存中移出，不再發(fā)送，根據(jù)清理 后的緩存充盈程度，主控單元重新計(jì)算并設(shè)定編碼器的編碼碼率。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，所 述編碼器碼率控制的步驟為步驟2. 1、幀級量化參數(shù)調(diào)整采用JVT提案中的G012碼率控制方案，根據(jù)緩沖區(qū)的充 盈度和目標(biāo)碼率進(jìn)行幀級比特分配，并根據(jù)預(yù)測的均方誤差值利用二項(xiàng)式碼率模型進(jìn)行量 化級的計(jì)算，再用這個量化級進(jìn)行率失真優(yōu)化宏塊模式判別；步驟2. 2、在信道帶寬較低時，通過幀率的調(diào)整來降低編碼碼率，從而達(dá)到碼率控制的 目的；步驟2. 3、進(jìn)行空間分配率調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統(tǒng)計(jì)分析，主控單元在遇到超過門限的包丟失率情況下進(jìn)行RTP緩存清理，重新計(jì)算并設(shè)定編碼器的編碼碼率；步驟2、由編碼器依據(jù)步驟1得到的編碼碼率為目標(biāo)碼率進(jìn)行碼率控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種用于無線蜂窩視頻監(jiān)控中的碼率控制方法，該方法能夠有效、快速地將碼流的發(fā)送速率控制在給定的網(wǎng)絡(luò)帶寬上來。
文檔編號H04N7/26GK101867802SQ201010177378
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者張重陽, 申景雙 申請人:上海海維工業(yè)控制有限公司