專利名稱：無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明屬于無(wú)線多媒體通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于丟包率、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率以及改進(jìn)的加增乘減(AMD)算法保證無(wú)線流媒體傳輸服務(wù)質(zhì)量的速率控制方法，具體講，涉及基于約束滿足框架的空間問題求解器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻編解碼技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)內(nèi)容變得更加豐富多彩。結(jié)合語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等信息傳輸?shù)亩嗝襟w通信已經(jīng)成為通信業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，其中多媒體視頻通信由于具有連續(xù)性傳輸、數(shù)據(jù)量大、對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性要求高等特點(diǎn)而成為了研究熱點(diǎn)。有線多媒體通信技術(shù)已趨成熟，如基于H. 261/H. 263標(biāo)準(zhǔn)的視頻電話、視頻點(diǎn)播(VoD Video on Demand)、多媒體電子郵件、有線數(shù)字電視和視頻監(jiān)控等技術(shù)已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。然而，雖然有線信道能夠?yàn)槎嗝襟w通信提供比較穩(wěn)定可靠的傳輸環(huán)境，但是有線傳輸?shù)墓逃斜锥?，如?duì)布線環(huán)境有著較高的要求、成本較高等，限制了多媒體通信的進(jìn)一步發(fā)展?；跓o(wú)線傳輸?shù)亩嗝襟w通信業(yè)務(wù)受到人們的關(guān)注。近十年無(wú)線傳輸技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠提供的傳輸帶寬也得到了飛速提升。第三代移動(dòng)通信網(wǎng)可以為固定位置服務(wù)提供2Mbps的速率，在人行走的狀態(tài)下速率能達(dá)到384Kbps,在車速行進(jìn)中也可達(dá)到128Kbps,已經(jīng)達(dá)到了多媒體視頻傳輸業(yè)務(wù)的帶寬要求。在第四代(4G)無(wú)線通訊系統(tǒng)中，傳輸速率能達(dá)到80Mbps以上；IEEE 802. 11系列標(biāo)準(zhǔn)可提供每秒數(shù)兆至數(shù)百兆的傳輸速率；中國(guó)近期提出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高速無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)更是將物理層傳輸速率提升到了 Gbps。無(wú)線通信帶寬的快速增長(zhǎng)，為多媒體通信提供了更好的發(fā)展機(jī)遇。然而，無(wú)線信道具有錯(cuò)誤率高以及時(shí)變的特性，無(wú)線信道的不可靠會(huì)導(dǎo)致多媒體視頻質(zhì)量發(fā)生嚴(yán)重抖動(dòng)，從而使得保障無(wú)線流媒體傳輸服務(wù)質(zhì)量面臨著巨大挑戰(zhàn)?；谏鲜鲈颍藗兲岢隽硕喾N速率控制方法來(lái)提高無(wú)線流媒體傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量、改善其傳輸效率。這些流媒體速率控制方法被廣泛用于基于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)的流媒體傳輸系統(tǒng)中。實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)是用于互聯(lián)網(wǎng)上針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。RTP協(xié)議由兩部分組成RTP和RTCP (實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議)。RTP協(xié)議位于傳輸層協(xié)議TCP和UDP協(xié)議之上，為了保證傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，RTP協(xié)議在負(fù)載前加上RTP包頭之后，就直接將RTP包交付給UDP進(jìn)行傳輸。RTCP主要對(duì)傳輸過程中的各種傳輸參數(shù)(丟包率、時(shí)延等)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。傳統(tǒng)的速率控制算法均是利用RTCP提供的傳輸參數(shù)進(jìn)行速率控制。根據(jù)目前流媒體速率控制算法的速率控制原理，可以將其分為兩類■加增乘減(AMD)算法。AMD是在TCP/IP傳輸模型中，為網(wǎng)絡(luò)層提供擁塞控制的算法。該算法能為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它是通過比較實(shí)測(cè)丟包率與預(yù)設(shè)的丟包率門限值來(lái)判斷網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。如果丟包率大于丟包率門限，說明發(fā)生擁塞，則按照預(yù)設(shè)的常數(shù)乘性降低因子降低發(fā)送速率；反之，按照預(yù)設(shè)的常數(shù)加性增長(zhǎng)因子增加發(fā)送速率。AIMD算法進(jìn)行速率調(diào)整時(shí)并不考慮當(dāng)前信道擁塞的程度與速率調(diào)整幅度的關(guān)系，是一種線性算法，計(jì)算很簡(jiǎn)單。然而，使用AMD算法容易使傳輸速率發(fā)生鋸齒狀波動(dòng)，不利于提高傳輸服務(wù)質(zhì)量?！?TCP 友好速率控制(TFRC，TCP Friendly Rate Control)算法。TFRC 算法基于TCP吞吐量模型來(lái)進(jìn)行傳輸速率的調(diào)整，如公式(I)所示
-l.5x.r xMTU,....., V 31.22XiV//"…
SeiidRcne(X) =-~F=~ ~-—11 ；
RTTx^iA RTTx^A
其中MTU是最大傳輸單元；入為丟包率，RTT是環(huán)回時(shí)間，SendRate是網(wǎng)絡(luò)吞吐量；該算法能得到比較穩(wěn)定和平滑的傳輸速率，然而該算法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源使用最大化來(lái)進(jìn)行速率調(diào)整，忽略了視頻流的感知質(zhì)量。上述兩類算法的具有共同的特點(diǎn)兩類算法均是利用RTCP協(xié)議中RR(接收者報(bào)告)包所提供的傳輸參數(shù)統(tǒng)計(jì)信息來(lái)進(jìn)行流媒體傳輸速率控制。由于RTCP協(xié)議中RR包是間隔5s進(jìn)行發(fā)送，這就意味著流媒體傳輸系統(tǒng)只能每5s進(jìn)行一次傳輸速率控制，這對(duì)于信道相對(duì)穩(wěn)定的有線傳輸而言是足夠的；然而對(duì)于帶寬具有時(shí)變特性的無(wú)線傳輸，傳輸速率的控制無(wú)法適應(yīng)信道的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)線環(huán)境下流媒體傳輸?shù)乃俾士刂品椒?，以便減小流媒體在無(wú)線環(huán)境下傳輸時(shí)由于無(wú)線信道不可靠而引起的傳輸質(zhì)量抖動(dòng)，進(jìn)而提高流媒體傳輸服務(wù)質(zhì)量以及無(wú)線信道的利用率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，比傳統(tǒng)速率控制方法更短的時(shí)間間隔內(nèi)通過平滑處理獲取丟包率和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率參數(shù)；基于上述參數(shù)及改進(jìn)的加增乘減算法調(diào)整流媒體傳輸速率，在信道輕載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)加性因子和常量加性因子決定速率增長(zhǎng)幅度，在信道超載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)乘性因子和常量減性因子決定速率降低幅度；設(shè)定速率切換門限，只有當(dāng)本次預(yù)測(cè)速率與上次預(yù)測(cè)速率的差值超過設(shè)定門限時(shí)才認(rèn)為速率切換有效。包括以下步驟(I)獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率在流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端，通過對(duì)接收的流媒體數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率參數(shù)；(2)預(yù)測(cè)新的傳輸速率流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率之后，基于改進(jìn)的AMD算法，分析無(wú)線信道在此時(shí)的狀態(tài)并且預(yù)測(cè)新的適合此時(shí)無(wú)線信道帶寬的傳輸速率；(3)判斷是否進(jìn)行傳輸速率調(diào)整流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端預(yù)測(cè)出新的傳輸速率后，需要比較本次預(yù)測(cè)新速率與上次預(yù)測(cè)的新速率之間的差值是否超過設(shè)定的閾值，如果超過該閾值，則本次速率調(diào)整有效，否則，本次速率調(diào)整無(wú)效。獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率步驟如下I)根據(jù)無(wú)線信道狀態(tài)，確定丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取的時(shí)間間隔At ;2)確定獲取第i個(gè)時(shí)間間隔參數(shù)時(shí)參與計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)N，以及參與計(jì)算的第i_j時(shí)間間隔相應(yīng)的權(quán)值；3)統(tǒng)計(jì)流媒體傳輸參數(shù)，在接收端接收流媒體數(shù)據(jù)包的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)參數(shù)，包括丟包數(shù)LPNi,總的發(fā)送包數(shù)SPNi,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量Di以及準(zhǔn)確的間隔時(shí)間Ti ；4)計(jì)算第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)丟包率Pi與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率Ri,通過對(duì)第i-N+1個(gè)時(shí)間間隔到第i個(gè)時(shí)間間隔所獲得傳輸參數(shù)進(jìn)行加權(quán)平滑計(jì)算丟包率與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率步驟中時(shí)間間隔At取2s，參與計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)N取值為2或者3。改進(jìn)的AMD算法包含以下步驟I)根據(jù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)視頻傳輸系統(tǒng)接收端視頻質(zhì)量與丟包率的關(guān)系，設(shè)定算法中丟包率上下門限值分別為Pltjssjiax和P1()SS—min，最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmax以及最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmin ；2)比較實(shí)測(cè)丟包率Pi與預(yù)設(shè)丟包率門限大小關(guān)系，確定信道狀態(tài)是超載、輕載還是負(fù)載平衡；3)當(dāng)信道超載時(shí)，即Pi彡P(guān)lossjiax,計(jì)算信道超載的差值因子m = Pi-Plossjiax以及超載速率降低因子Pk= Pk-iXa-O.eXm)2，其中k表示連續(xù)超載的次數(shù)，根據(jù)公式Rmw =MAXW15XRi-SO,RmiJ計(jì)算新的傳輸速率，其中Ri是第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rmin是系統(tǒng)設(shè)定的最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率；4)當(dāng)信道輕載時(shí)，即Pi ( Plossjlin,計(jì)算信道輕載的差值因子m =入X (Plossjlin-Pi)以及速率增加量a =OJemXRc^eO,其中Rtl為預(yù)設(shè)的速率增長(zhǎng)因子；根據(jù)公式Rmw =MIN {a +Ri7RfflJ計(jì)算新的傳輸速率，其中Ri是第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rmax是系統(tǒng)允許的最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率；5)當(dāng)信道負(fù)載平衡時(shí)，無(wú)需對(duì)速率進(jìn)行調(diào)整，退出速率控制方法。改進(jìn)的AIMD算法實(shí)現(xiàn)步驟3)中首次超載速率降低因子的取值范圍是
;改進(jìn)的AIMD算法實(shí)現(xiàn)步驟4)中速率增加因子Rtl取值范圍為[80，150]。速率控制方法中設(shè)定了速率切換門限，門限值Rth —般設(shè)定為40 80Kb/s。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果本發(fā)明采用較小的信道狀態(tài)獲取時(shí)間間隔來(lái)對(duì)信道狀態(tài)進(jìn)行分析，使得該方法能較快的反映無(wú)線信道的變化。本發(fā)明基于改進(jìn)的AIMD算法預(yù)測(cè)合適的傳輸速率，相對(duì)于傳統(tǒng)AIMD算法，改進(jìn)的算法加大了丟包率對(duì)傳輸速率調(diào)整幅度的影響，能夠使速率的預(yù)測(cè)更加接近無(wú)線信道帶寬。本發(fā)明充分考慮了無(wú)線信道的特性，可以作為在無(wú)線環(huán)境下提高流媒體傳輸質(zhì)量的一種有效方法。本發(fā)明的有益效果還在于■快速反映無(wú)線信道變化。無(wú)線信道具有衰落、時(shí)變等特性，信道狀態(tài)的變化相對(duì)較快。本發(fā)明基于自定義較小的時(shí)間間隔獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，同時(shí)對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行了平滑處理，符合無(wú)線信道的時(shí)變特性，使得速率的調(diào)整更加及時(shí)；■降低了傳輸速率抖動(dòng)。本發(fā)明通過改進(jìn)的AMD速率自適應(yīng)調(diào)整算法，充分利用了丟包率和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率這兩個(gè)重要的參數(shù)對(duì)傳輸速率進(jìn)行調(diào)整，使得速率調(diào)整更加準(zhǔn)確，減少了鋸齒狀波動(dòng)；■減小系統(tǒng)開銷。本發(fā)明通過在傳輸速率調(diào)整反饋之前加入判斷機(jī)制，能夠降低系統(tǒng)不必要的開銷；
■提高無(wú)線流媒體傳輸服務(wù)質(zhì)量和無(wú)線信道利用率。本發(fā)明通過對(duì)流媒體傳輸過程中速率進(jìn)行控制，降低了丟包率以及傳輸速率的抖動(dòng)，從而提高了傳輸服務(wù)質(zhì)量和信道利用率。


圖I速率控制方法總體流程圖。圖2丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取方法流程圖。圖3改進(jìn)的AMD算法總流程圖。圖4改進(jìn)的AMD算法中信道超載情況下速率調(diào)整流程圖。圖5改進(jìn)的AMD算法中信道輕載情況下速率調(diào)整流程圖。 圖6無(wú)線實(shí)時(shí)視頻傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖7實(shí)施例系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果峰值信噪比圖。圖8實(shí)施例系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果丟包率與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率圖。
具體實(shí)施例方式基于以上考慮，本發(fā)明針對(duì)提高無(wú)線流媒體傳輸服務(wù)質(zhì)量與信道利用率這一問題，提出了一種無(wú)線流媒體傳輸?shù)乃俾士刂品椒?。該方法基于流媒體傳輸系統(tǒng)，在系統(tǒng)接收端以較傳統(tǒng)速率控制方法更短的時(shí)間間隔對(duì)丟包率和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，基于上述兩參數(shù)，通過改進(jìn)的AMD算法預(yù)測(cè)流媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸速率，在判定速率切換有效后由TCP協(xié)議反饋給發(fā)送端。和傳統(tǒng)的流媒體速率控制方法相比，本發(fā)明能使得流媒體傳輸速率更準(zhǔn)確的適配無(wú)線信道的帶寬，從而保障流媒體傳輸服務(wù)質(zhì)量、提高無(wú)線信道利用率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征在于該方法在比傳統(tǒng)速率控制方法更短的時(shí)間間隔內(nèi)通過平滑處理獲取丟包率和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率等參數(shù)；基于上述參數(shù)及改進(jìn)的加增乘減算法調(diào)整流媒體傳輸速率，在信道輕載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)加性因子和常量加性因子決定速率增長(zhǎng)幅度，在信道超載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)乘性因子和常量減性因子決定速率降低幅度；最后本發(fā)明設(shè)定了速率切換門限，只有當(dāng)本次預(yù)測(cè)速率與上次預(yù)測(cè)速率的差值超過設(shè)定門限時(shí)才認(rèn)為速率切換有效。本發(fā)明提供了一種無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(I)獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。在流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端，通過對(duì)接收的流媒體數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率等參數(shù)；(2)預(yù)測(cè)新的傳輸速率。流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率之后，基于改進(jìn)的AMD算法，分析無(wú)線信道在此時(shí)的狀態(tài)并且預(yù)測(cè)新的適合此時(shí)無(wú)線信道帶寬的傳輸速率；(3)判斷是否進(jìn)行傳輸速率調(diào)整。流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端預(yù)測(cè)出新的傳輸速率后，需要比較本次預(yù)測(cè)新速率與上次預(yù)測(cè)的新速率之間的差值是否超過設(shè)定的閾值，如果超過該閾值，則本次速率調(diào)整有效，否則，本次速率調(diào)整無(wú)效。
本發(fā)明提供了一種無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征在于上述獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率步驟如下I)根據(jù)無(wú)線信道狀態(tài)，確定丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取的時(shí)間間隔At ;2)確定獲取第i個(gè)時(shí)間間隔丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率時(shí)參與計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)N，以及參與計(jì)算的第i_j時(shí)間間隔相應(yīng)的權(quán)值％和iip其中0彡j彡N ;3)統(tǒng)計(jì)流媒體傳輸參數(shù)。在接收端接收流媒體數(shù)據(jù)包的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)第i個(gè)時(shí)間間 隔內(nèi)參數(shù)，包括丟包數(shù)LPNi,總的發(fā)送包數(shù)SPNi,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量Di以及準(zhǔn)確的間隔時(shí)間Ti ；4)計(jì)算第i個(gè)時(shí)間間隔的丟包率與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。通過對(duì)第i-N+1個(gè)時(shí)間間隔到第i個(gè)時(shí)間間隔所獲得傳輸參數(shù)進(jìn)行加權(quán)平滑計(jì)算丟包率與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。本發(fā)明所提出的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征在于獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率步驟中時(shí)間間隔A t 一般取2s左右，參與計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)N取值為2或者3。本發(fā)明所提出的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征在于改進(jìn)的AIMD算法包含以下步驟I)根據(jù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)視頻傳輸系統(tǒng)接收端視頻質(zhì)量與丟包率的關(guān)系，設(shè)定算法中丟包率上下門限值分別為Pltjssjiax和P1()SS—min，最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmax以及最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmin ；2)比較實(shí)測(cè)丟包率Pi與預(yù)設(shè)丟包率門限大小關(guān)系，確定信道狀態(tài)是超載、輕載還是負(fù)載平衡；3)當(dāng)信道超載時(shí)，即Pi彡P(guān)lossjiax,計(jì)算信道超載的差值因子m = Pi-Plossjiax以及超載速率降低因子Pk= Pk-iXa-O.eXm)2，其中k表示連續(xù)超載的次數(shù)，根據(jù)公式Rmw =MAXW15XRi-SO,RmiJ計(jì)算新的傳輸速率，其中Ri是第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rmin是系統(tǒng)設(shè)定的最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率；4)當(dāng)信道輕載時(shí)，即Pi ( Plossjlin,計(jì)算信道輕載的差值因子m =入X (Poss fflin-Pi)以及速率增加量a =OJemXRc^eO,其中Rtl為預(yù)設(shè)的速率增長(zhǎng)因子；根據(jù)公式Rmw =MIN {a +Ri7RfflJ計(jì)算新的傳輸速率，其中Ri是第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rmax是系統(tǒng)允許的最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率；5)當(dāng)信道負(fù)載平衡時(shí)，無(wú)需對(duì)速率進(jìn)行調(diào)整，退出速率控制方法。本發(fā)明所提出的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征在于改進(jìn)的AIMD算法實(shí)現(xiàn)步驟3)中首次超載速率降低因子P。的取值范圍是
;改進(jìn)的AIMD算法實(shí)現(xiàn)步驟4)中速率增加因子Rtl取值范圍為[80，150]。本發(fā)明所提出的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征在于速率控制方法中設(shè)定了速率切換門限，門限值Rth —般設(shè)定為40 80Kb/s。為了使本發(fā)明目的、技術(shù)方案特征以及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。本發(fā)明是一種用于無(wú)線信道環(huán)境下流媒體傳輸?shù)乃俾士刂品椒?。流媒體傳輸，特別是實(shí)時(shí)視頻傳輸，具有連續(xù)性傳輸、數(shù)據(jù)量大、對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性要求高等特點(diǎn)，如果信道不可靠或者出現(xiàn)擁塞的情況，會(huì)嚴(yán)重影響流媒體傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。在有線網(wǎng)絡(luò)的情況下，影響流媒體傳輸質(zhì)量的主要原因是網(wǎng)絡(luò)的擁塞。然而在無(wú)線環(huán)境下，影響流媒體傳輸質(zhì)量的主要因素是無(wú)線信道的帶寬時(shí)變性和不可靠性。因此本發(fā)明主要針對(duì)無(wú)線環(huán)境下的流媒體傳輸，通過分析一段時(shí)間的傳輸情況從而判斷無(wú)線信道的狀態(tài)，最后預(yù)測(cè)出合適的傳輸速率。本發(fā)明能夠降低流媒體傳輸過程中的丟包率,從而提高無(wú)線流媒體傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量以及無(wú)線信道利 用率。本發(fā)明采用比傳統(tǒng)流媒體速率控制方法更小的時(shí)間間隔獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，以改進(jìn)的AIMD算法算法預(yù)測(cè)新的傳輸速率。這使得該方法能夠快速反映無(wú)線信道的變化，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)新傳輸速率，從而提高無(wú)線流媒體傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量以及無(wú)線信道的利用率。在使用本發(fā)明之前，需要根據(jù)實(shí)際的流媒體應(yīng)用情景以及無(wú)線環(huán)境來(lái)確定本發(fā)明的預(yù)設(shè)參數(shù)，這些參數(shù)值對(duì)本發(fā)明提供的速率控制方法的性能有較大的影響?！鲎畲髽I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmax以及最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmim。這兩個(gè)參數(shù)分別是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率調(diào)整的最大值以及最小值。它們的值是根據(jù)流媒體業(yè)務(wù)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)吞吐量的實(shí)際要求來(lái)確定。■最大丟包率門限Pltjss niax以及最小丟包率門限Pltjss 最大丟包率門限表示流媒體傳輸系統(tǒng)對(duì)丟包率的容忍程度，最小丟包率門限表示流媒體傳輸系統(tǒng)對(duì)信道輕載的容忍程度?！鏊俾士刂频臅r(shí)間間隔At。該值表示在流媒體傳輸?shù)倪^程中，每隔At時(shí)間，根據(jù)本發(fā)明的速率控制算法對(duì)流媒體傳輸速率進(jìn)行調(diào)整。如果該值取值太大，則無(wú)法反映無(wú)線信道的時(shí)變性；如果該值取值太小，則會(huì)導(dǎo)速率抖動(dòng)較大。下面詳細(xì)說明本發(fā)明方法的各個(gè)步驟。圖I為本發(fā)明方法總體流程圖。從圖中可以看出，本發(fā)明方法主要包括丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取、改進(jìn)的AMD算法速率調(diào)整以及系統(tǒng)速率切換判定三個(gè)部分?；谠O(shè)定好速率控制的時(shí)間間隔At，本發(fā)明方法在At時(shí)間段內(nèi)獲取流媒體傳輸參數(shù)，在At最后時(shí)刻使用改進(jìn)的AIMD算法進(jìn)行新傳輸速率的預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)速率切換的有效性進(jìn)行判定。本發(fā)明的速率控制方法一直以At為時(shí)間間隔循環(huán)運(yùn)行。為了使下面介紹的詳細(xì)流程更加清楚，均以第i個(gè)時(shí)間間隔為例進(jìn)行說明。本發(fā)明詳細(xì)流程如下(I)丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。接收端在接收流媒體數(shù)據(jù)包的同時(shí),對(duì)第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)流媒體數(shù)據(jù)包的傳輸信息(包括發(fā)送端總共發(fā)送的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，接收端接收的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，接收端接收總的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量以及準(zhǔn)確的時(shí)間間隔值)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而計(jì)算第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)丟包率Pi和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率Ri ；(2)預(yù)測(cè)新的傳輸速率。接收端在獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率后，將丟包率Pi與預(yù)設(shè)的丟包率門限進(jìn)行比較，從而獲知當(dāng)前的信道狀態(tài)超載、輕載以及平衡。根據(jù)三種信道狀態(tài)以及丟包率、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，改進(jìn)的AMD算法能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)新速率；(3)判斷是否進(jìn)行傳輸速率調(diào)整。當(dāng)?shù)玫叫碌膫鬏斔俾蔙mw后，將該值與上次速率預(yù)測(cè)值Rnra0ast進(jìn)行比較，只有當(dāng)I RMW-RMW—last I > Rth時(shí)，才通知流媒體系統(tǒng)發(fā)送端改變傳輸速率，其中Rth為預(yù)設(shè)的速率調(diào)整門限值。圖I中獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率的處理流程如圖2所示，接收端通過接收到的流媒體數(shù)據(jù)包獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)包的序號(hào)、當(dāng)前數(shù)據(jù)包所屬的視頻幀以及包負(fù)載數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息，從而計(jì)算出速率自適應(yīng)調(diào)整所需要的參量。
丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取的流程如下(I)首先初始化計(jì)數(shù)器。包括初始化視頻幀數(shù)計(jì)數(shù)器F_cnt、接收流媒體數(shù)據(jù)包計(jì)數(shù)器P_cnt以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量計(jì)數(shù)器Dp由于視頻幀數(shù)據(jù)量比較大，所以發(fā)送端會(huì)將其切割為幾個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸。因此每接收一個(gè)流媒體數(shù)據(jù)包，首先需要根據(jù)發(fā)送端預(yù)設(shè)的標(biāo)志位來(lái)判斷該數(shù)據(jù)包是否是一個(gè)視頻幀的起始數(shù)據(jù)包，如果是則將幀計(jì)數(shù)器F_cnt加1，否則保持不變；然后獲取該數(shù)據(jù)包的負(fù)載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，將該長(zhǎng)度加到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量計(jì)數(shù)器DiI ;最后包計(jì)數(shù)器P_cnt相應(yīng)加I。(2)確定計(jì)數(shù)起始參數(shù)。接收流媒體數(shù)據(jù)包計(jì)數(shù)器P_cnt為I時(shí)，新一時(shí)間段的信道預(yù)測(cè)量獲取開始，獲取該數(shù)據(jù)包的序號(hào)Psnl (為了查看流媒體傳輸是否丟包，需要為每個(gè)數(shù)據(jù)包加上一個(gè)16比特序號(hào))以及當(dāng)前時(shí)間timel ；(3)確定計(jì)數(shù)終止參數(shù)。為了適應(yīng)無(wú)線信道的快速變化，該系統(tǒng)中設(shè)定當(dāng)接收幀數(shù) 達(dá)到30幀時(shí)，該時(shí)間段結(jié)束，獲取此時(shí)數(shù)據(jù)包的序號(hào)psn2以及當(dāng)前時(shí)間time2。系統(tǒng)的視頻幀率為15幀/s，因此每一時(shí)間間隔大約為A t = 2s ;(4)計(jì)算該時(shí)間間隔的準(zhǔn)確值Ti = time2-timel,以及在Ti時(shí)間內(nèi)發(fā)送端發(fā)送的總包數(shù)SPNi = psn2-psnl+l,丟包數(shù)LPNi = SPNi-P^nttj由于數(shù)據(jù)包頭中包序號(hào)占16比特，因此最大序號(hào)為65535，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)序號(hào)溢出，即出現(xiàn)發(fā)送包數(shù)SPNi < 0情況，此時(shí) SPNi = psn2-psnl+l+65536。(5)計(jì)算丟包率P”由于預(yù)測(cè)周期At較小，而丟包率反映的是信道的擁塞狀態(tài)，與之前時(shí)刻信道擁塞狀態(tài)有關(guān)，因此取前N個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)各種數(shù)據(jù)包統(tǒng)計(jì)結(jié)果的加權(quán)值進(jìn)行計(jì)算，N值取決于信道環(huán)境。根據(jù)公式(2)計(jì)算丟包率，式中當(dāng)N = 3時(shí)，加權(quán)值a取值為a。= 0.5，Ci1 = 0.3，a2 = 0. 2 ;當(dāng)N= 2 時(shí)，加權(quán)值 a 取值為a。= 0. 7，a 丨=0. 3 ;LPNh表示第H個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)統(tǒng)計(jì)得到的丟包總數(shù)，SPNh表示第H個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)。
N-I
XLPN^1Pi =誓'-(2)
'Yj^xSPNm J=0
J=Q(6)計(jì)算業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率民。根據(jù)公式(3)計(jì)算業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，式中當(dāng)N = 3時(shí)，加權(quán)值 y(l = 0.7，iii = 0.2，ii2 = 0.1;iN = 2 時(shí)，加權(quán)值 ii。= 0. 8，ii I = 0. 2 ；0^表示第i_j個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)接收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量，Ti^j為第i-j個(gè)時(shí)間間隔的準(zhǔn)確時(shí)間值；
N-I
V// , X nRi=j^r1-=1(3)
產(chǎn)0
J=O(7)對(duì)上述使用的各種計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，開始下一時(shí)間間隔的信道預(yù)測(cè)量計(jì)算。圖I中改進(jìn)的AMD算法總流程圖如圖3所示。傳統(tǒng)的AMD算法不考慮實(shí)時(shí)丟包率參數(shù)的影響，當(dāng)信道超載時(shí)以常數(shù)因子乘以當(dāng)前速率來(lái)降低傳輸速率，信道輕載時(shí)以常數(shù)加上當(dāng)前傳輸速率來(lái)增加傳輸速率，這樣會(huì)導(dǎo)致傳輸速率的鋸齒狀波動(dòng)。本發(fā)明在調(diào)整速率時(shí)考慮丟包率這一重要參數(shù)，丟包率與門限值差值越大，速率調(diào)整的幅度就越大。
改進(jìn)的AMD算法步驟如下(I)設(shè)定流媒體傳輸系統(tǒng)所允許的最大丟包率門限Pltjss max以及最小丟包率門限
Ploss—min (2)將丟包率Pi與預(yù)設(shè)的丟包率門限進(jìn)行比較。若丟包率Pi大于最大丟包率門限P1()SS—_，則說明當(dāng)前信道超載，需要降低速率以提高視頻傳輸服務(wù)質(zhì)量；
(3)若丟包率？1小于最小丟包率門限Pltjss min，則說明當(dāng)前信道輕載，需要增加速率以提高無(wú)線信道利用率；(4)若丟包率？1大于最小丟包率門限Pltjss min且小于最大丟包率門限Pltjss max，則說明信道負(fù)載平衡，無(wú)需進(jìn)行速率調(diào)整，退出速率控制算法。圖2中信道超載時(shí)的處理流程如圖4所示，改進(jìn)的AMD算法通過綜合考慮信道超載的程度以及信道當(dāng)前業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率來(lái)確定新的傳輸速率。超載時(shí)新速率確定流程如下(I)首先初始化首次信道超載速率降低因子該值影響速率降低的幅度，在本發(fā)明中取值為0. 93 ；(2)判斷信道連續(xù)超載的次數(shù)k。當(dāng)信道連續(xù)超載時(shí)，說明信道進(jìn)入了比較大的衰落，需要相對(duì)增加速率降低的幅度。(3)計(jì)算本次信道超載的差值因子m = Pi-Plossjiax,其中Pi為實(shí)測(cè)丟包率，Plossjiax為系統(tǒng)預(yù)設(shè)最大丟包率；(4)計(jì)算本次信道超載速率降低因子Pk=^1X (1-0. 6Xm)2 ；(5)計(jì)算本次速率自適應(yīng)調(diào)整產(chǎn)生的新速率Rnew = MAXl^KXRi-50，RmiJ，其中Ri為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rfflin為系統(tǒng)預(yù)設(shè)最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸速率；圖2中當(dāng)信道輕載時(shí)的處理流程如圖5所示，速率自適應(yīng)控制模塊通過綜合考慮信道輕載的程度以及信道當(dāng)前業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率來(lái)確定新的傳輸速率。輕載時(shí)新速率確定流程如下(I)初始化速率增加因子Rtl，該值影響速率增加的幅度，在系統(tǒng)中取值為100 ；(2)恢復(fù)速率降低因子P o,為下次信道超載做準(zhǔn)備；(3)計(jì)算本次信道輕載的丟包率差值因子m = A X (P1()SS --Pi)，其中入是丟包率差值放大倍數(shù)；(4)計(jì)算本次信道輕載下速率增加量a = 0. ZemXRjeo,其中Rtl速率增加因子；(5)計(jì)算本次速率自適應(yīng)調(diào)整產(chǎn)生的新速率Rnew = MIN{ a+Ri, RmaJ，其中Ri為第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rfflax為最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率；本發(fā)明提供的無(wú)線流媒體速率控制方法可用于多種場(chǎng)景，包括無(wú)線視頻監(jiān)控、無(wú)線視頻會(huì)議、無(wú)線視頻電話以及流媒體下載播放等。本發(fā)明提供的方法能夠有效的提高這些應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。下面以對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求較高的實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用作為本發(fā)明的實(shí)施方案。將流媒體速率控制方法用于端到端無(wú)線實(shí)時(shí)視頻傳輸系統(tǒng)中，從而保障實(shí)時(shí)視頻在傳輸過程中的服務(wù)質(zhì)量。圖6為本發(fā)明具體實(shí)時(shí)方案的系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)是基于嵌入式Linux平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的端到端無(wú)線視頻實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)以802. llb/g標(biāo)準(zhǔn)的Ad-Hoc (無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò))模式作為實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)臒o(wú)線環(huán)境。由于802. llb/g標(biāo)準(zhǔn)物理層速率最高能夠到達(dá)54Mb/s，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)膸捯?。該系統(tǒng)由視頻發(fā)送端和視頻接收端組成，視頻發(fā)送端主要包括視頻采集編碼模塊和視頻數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，視頻接收端主要包括數(shù)據(jù)接收模塊、視頻解碼顯示模塊以及速率控制模塊。下面對(duì)該系統(tǒng)各個(gè)模塊及其特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述。視頻發(fā)送端(I)視頻采集編碼模塊。該模塊通過配置攝像頭視頻采集的幀率、分辨率等參數(shù)來(lái)獲取滿足要求的實(shí)時(shí)視頻，為了降低傳輸所需的帶寬，由編碼模塊對(duì)其進(jìn)行H264視頻格式編碼。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，采集編碼模塊的主要參數(shù)如下 ■視頻分辨率640x400，傳輸過程中保持不變；■視頻幀率15幀/s，傳輸過程中保持不變；■編碼器輸出業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率初始化為2048Kb/s，之后由速率控制模塊進(jìn)行調(diào)整；(2)視頻數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。為了保證視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，我們采用RTP作為視頻數(shù)據(jù)流的傳輸協(xié)議。使用RTP作為視頻數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議能夠更加方便的使用本發(fā)明，因?yàn)镽TP協(xié)議規(guī)定了流媒體信息傳輸時(shí)RTP包頭所攜帶的信息,包括該RTP數(shù)據(jù)包的來(lái)源，數(shù)據(jù)包的序列號(hào)以及時(shí)間戳等。根據(jù)RTP數(shù)據(jù)包的來(lái)源，流媒體傳輸系統(tǒng)在接收端能夠同時(shí)接收多路媒體源；根據(jù)RTP數(shù)據(jù)包的序列號(hào)，可以計(jì)算出流媒體傳輸系統(tǒng)在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的丟包率。通過獲取RTP數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，可以計(jì)算出流媒體傳輸系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。系統(tǒng)在該模塊將一幀視頻數(shù)據(jù)按照RTP進(jìn)行切割打包，然后交付給UDP進(jìn)行傳輸。視頻接收端(I)數(shù)據(jù)接收模塊。該模塊功能是接收RTP數(shù)據(jù)包，進(jìn)而對(duì)RTP數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包，將同一幀的RTP數(shù)據(jù)包負(fù)載組合在一起成為視頻幀。(2)視頻解碼顯示模塊。數(shù)據(jù)接收模塊將接收到的RTP數(shù)據(jù)合成被壓縮的視頻幀之后，由解碼模塊對(duì)其進(jìn)行H264視頻格式解碼。由于解碼后的視頻數(shù)據(jù)是YUV420格式，因此需要將其轉(zhuǎn)換為RGB格式之后由LCD進(jìn)行顯示。(3)速率控制模塊。該模塊是本發(fā)明提供的方法在該實(shí)施例中的體現(xiàn)，是保障該系統(tǒng)實(shí)時(shí)視頻傳輸服務(wù)質(zhì)量的重要模塊。該模塊主要由3個(gè)子模塊組成，包括丟包率及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取子模塊、改進(jìn)的AMD速率調(diào)整子模塊以及系統(tǒng)速率切換判定子模塊。三個(gè)子模塊的描述如下■丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取子模塊。該子模塊在數(shù)據(jù)接收模塊進(jìn)行RTP數(shù)據(jù)包接收的同時(shí)，按照本發(fā)明提供的方法對(duì)傳輸參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。系統(tǒng)將上述參數(shù)獲取的周期設(shè)定為接收端接收到30幀視頻的時(shí)間，由于系統(tǒng)視頻幀率為15幀/s保持不變，因此時(shí)間約為2s。該子模塊按照本發(fā)明提供的公式(2)和
(3)計(jì)算丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率時(shí)參數(shù)的取值如下>參與計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)N = 3 ；>丟包率平滑因子 a。= 0. 5，a 丨=0. 3，a 2 = 0. 2 ；>1^。= 0.7, U1 = 0.2, U 2 = 0- I °■改進(jìn)的AMD速率調(diào)整子模塊。該子模塊在獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率之后，按照本發(fā)明提供的改進(jìn)的AIMD算法對(duì)傳輸速率進(jìn)行調(diào)整，各種參數(shù)的取值如下>丟包率上下門限值，Pioss max = 0. 03，Plossjlin = 0. 008 ；>最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmax = 2048kb/s，最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmin = 256kb/s ；>首次信道超載速率降低因子@。= 0. 93 ; >速率增加因子Rtl = 100?！鱿到y(tǒng)速率切換判定子模塊。該模塊主要是為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁切換而增加系統(tǒng)開銷。按照本發(fā)明提供的系統(tǒng)速率切換判定方法，其判定的閾值Rth設(shè)定為60Kb/s。如圖6所示，該系統(tǒng)具有由兩條無(wú)線傳輸鏈路。第一條是基于RTP/UDP/IP的視頻數(shù)據(jù)傳輸鏈路，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)的視頻傳輸；第二條是基于TCP/IP的反饋控制鏈路，主要負(fù)責(zé)速率控制模塊的速率調(diào)整信息的可靠傳輸。為了評(píng)估上述系統(tǒng)性能，在該系統(tǒng)進(jìn)行視頻傳輸過程中統(tǒng)計(jì)了丟包率、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率以及視頻傳輸?shù)腜SNR(峰值信噪比)等參數(shù)。系統(tǒng)性能的測(cè)試環(huán)境是有著許多不同無(wú)線接入點(diǎn)的走廊，不同無(wú)線信號(hào)之間干擾比較大，發(fā)送端系統(tǒng)與接收端系統(tǒng)相距42m。性能測(cè)試的結(jié)果如下。如圖7所示，是計(jì)算系統(tǒng)發(fā)送端H264壓縮前與接收端進(jìn)行H264解碼后視頻數(shù)據(jù)的PSNR值。因此，圖7所示視頻質(zhì)量的損失由兩部分組成傳輸損失與H264編解碼損失。視頻傳輸?shù)腜SNR值與人們對(duì)視頻感知質(zhì)量的評(píng)價(jià)有著一定的關(guān)系，將圖7中的PSNR值進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)如下> PSNR值大于37，視頻等級(jí)為5，視頻質(zhì)量非常好，占總數(shù)88. 312% ；> PSNR值位于區(qū)間(31，37]，視頻等級(jí)為4，視頻質(zhì)量好，占總數(shù)9. 5238% ；>PSNR值位于區(qū)間(25，31]，視頻等級(jí)為3，視頻質(zhì)量一般，占總數(shù)0% ；> PSNR值位于區(qū)間(20，25]，視頻等級(jí)為2，視頻質(zhì)量較差，占總數(shù)0.8658% ；> PSNR值小于20，視頻等級(jí)為4，視頻質(zhì)量差，占總數(shù)I. 2987% ；從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)能夠提供較高的視頻傳輸服務(wù)質(zhì)量，97. 8358%情況下能提供好的視頻質(zhì)量，只有當(dāng)無(wú)線信道衰落很大時(shí)，會(huì)短暫的引起視頻質(zhì)量的降低。圖8是系統(tǒng)進(jìn)行視頻傳輸時(shí)統(tǒng)計(jì)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率以及丟包率的參數(shù)圖。從圖中可以看出，在大部分時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的丟包率都被控制在2%以下，然而由于信道的時(shí)變特性，在某些時(shí)候系統(tǒng)的丟包率比較大，此時(shí)無(wú)線信道進(jìn)入了比較大的衰落中，通過本發(fā)明的速率控制方法，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率會(huì)立即響應(yīng)無(wú)線信道的變化，降低傳輸速率，從而保證較低的丟包率。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征是，比傳統(tǒng)速率控制方法更短的時(shí)間間隔內(nèi)通過平滑處理獲取丟包率和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率參數(shù)；基于上述參數(shù)及改進(jìn)的加增乘減算法調(diào)整流媒體傳輸速率，在信道輕載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)加性因子和常量加性因子決定速率增長(zhǎng)幅度，在信道超載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)乘性因子和常量減性因子決定速率降低幅度；設(shè)定速率切換門限，只有當(dāng)本次預(yù)測(cè)速率與上次預(yù)測(cè)速率的差值超過設(shè)定門限時(shí)才認(rèn)為速率切換有效。
2.如權(quán)利要求I所述的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征是，包括以下具體步驟 (1)獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率在流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端，通過對(duì)接收的流媒體數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率參數(shù)； (2)預(yù)測(cè)新的傳輸速率流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率之后，基于改進(jìn)的AMD算法，分析無(wú)線信道在此時(shí)的狀態(tài)并且預(yù)測(cè)新的適合此時(shí)無(wú)線信道帶寬的傳輸速率； (3)判斷是否進(jìn)行傳輸速率調(diào)整流媒體傳輸系統(tǒng)的接收端預(yù)測(cè)出新的傳輸速率后，需要比較本次預(yù)測(cè)新速率與上次預(yù)測(cè)的新速率之間的差值是否超過設(shè)定的閾值，如果超過該閾值，則本次速率調(diào)整有效，否則，本次速率調(diào)整無(wú)效。
3.如權(quán)利要求I所述的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征是，獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率步驟如下 1)根據(jù)無(wú)線信道狀態(tài)，確定丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率獲取的時(shí)間間隔At; 2)確定獲取第i個(gè)時(shí)間間隔參數(shù)時(shí)參與計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)N，以及參與計(jì)算的第i_j時(shí)間間隔相應(yīng)的權(quán)值； 3)統(tǒng)計(jì)流媒體傳輸參數(shù),在接收端接收流媒體數(shù)據(jù)包的同時(shí),統(tǒng)計(jì)第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)參數(shù)，包括丟包數(shù)LPNi,總的發(fā)送包數(shù)SPNi,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量Di以及準(zhǔn)確的間隔時(shí)間Ti ； 4)計(jì)算第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)丟包率Pi與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率Ri,通過對(duì)第i-Ν+Ι個(gè)時(shí)間間隔到第i個(gè)時(shí)間間隔所獲得傳輸參數(shù)進(jìn)行加權(quán)平滑計(jì)算丟包率與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率。
4.如權(quán)利要求I所述的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征是，獲取丟包率以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率步驟中時(shí)間間隔Λ t取2s，參與計(jì)算的時(shí)間間隔個(gè)數(shù)N取值為2或者3。
5.如權(quán)利要求I所述的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征是，改進(jìn)的AIMD算法包含以下步驟 1)根據(jù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)視頻傳輸系統(tǒng)接收端視頻質(zhì)量與丟包率的關(guān)系，設(shè)定算法中丟包率上下門限值分別為Pltjssjiax和Pltjssjlin，最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmax以及最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率Rmin ； 2)比較實(shí)測(cè)丟包率Pi與預(yù)設(shè)丟包率門限大小關(guān)系，確定信道狀態(tài)是超載、輕載還是負(fù)載平衡； 3)當(dāng)信道超載時(shí)，即Pi彡P(guān)lossjiax,計(jì)算信道超載的差值因子m= Pi-Plossjiax以及超載速率降低因子Pk= Pk-iXa-O.eXm)2，其中k表示連續(xù)超載的次數(shù)，根據(jù)公式Rnew =MAXi^KXRi-SOjRmiJ計(jì)算新的傳輸速率，其中Ri是第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rmin是系統(tǒng)設(shè)定的最小業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率； 4)當(dāng)信道輕載時(shí)，即PiSPltjssjlin，計(jì)算信道輕載的差值因子m= λ X (Ploss fflin-Pi)以及速率增加量a =OJemXRc^eo,其中Rtl為預(yù)設(shè)的速率增長(zhǎng)因子；根據(jù)公式Rnew = MIN { a+Ri,RfflaJ計(jì)算新的傳輸速率，其中Ri是第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率，Rmax是系統(tǒng)允許的最大業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率； 5)當(dāng)信道負(fù)載平衡時(shí)，無(wú)需對(duì)速率進(jìn)行調(diào)整，退出速率控制方法。
6.如權(quán)利要求I所述的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征是，改進(jìn)的AIMD算法實(shí)現(xiàn)步驟3)中首次超載速率降低因子β。的取值范圍是[O. 85，O. 95];改進(jìn)的AIMD算法實(shí)現(xiàn)步驟4)中速率增加因子Rtl取值范圍為[80，150]。
7.如權(quán)利要求I所述的無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，其特征是，速率控制方法中設(shè)定了速率切換門限，門限值Rth —般設(shè)定為40 80Kb/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線多媒體通信。為減小流媒體在無(wú)線環(huán)境下傳輸時(shí)由于無(wú)線信道不可靠而引起的傳輸質(zhì)量抖動(dòng)，進(jìn)而提高傳輸質(zhì)量以及無(wú)線信道的利用率，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，無(wú)線流媒體傳輸中的速率控制方法，比傳統(tǒng)速率控制方法更短的時(shí)間間隔內(nèi)通過平滑處理獲取丟包率和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過率參數(shù)；基于上述參數(shù)及改進(jìn)的加增乘減算法調(diào)整流媒體傳輸速率，在信道輕載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)加性因子和常量加性因子決定速率增長(zhǎng)幅度，在信道超載時(shí)，由丟包率決定的變常數(shù)乘性因子和常量減性因子決定速率降低幅度；設(shè)定速率切換門限，只有當(dāng)本次預(yù)測(cè)速率與上次預(yù)測(cè)速率的差值超過設(shè)定門限時(shí)才認(rèn)為速率切換有效。本發(fā)明主要應(yīng)用于無(wú)線多媒體通信。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102710374SQ20121017030
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者張菊, 楊晉生, 王蓉, 胡自勝, 陳為剛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)