[发明专利]用于无线视频监控系统数据传输的自适应流量控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线视频监控系统中，综合发送端的信道容量估计和客户端网络状况反馈来进行流量控制以实现自适应地选择既充分利用无线网络又保证高质量可靠传输的码率的方法，属移动通信技术领域。 

背景技术

监控设备一直有着广泛和稳定的客户群体。随着人们对信息自动化的进一步需求和无线网络的迅速发展，尤其是3G网络的建成带来的数据容量的大幅提升，无线监控设备凭借其有线监控不能比拟的独特优势成为监控市场的发展趋势。相对有线监控设备，无线监控在铺设成本、监控场所的广泛性、组网的灵活性和可扩展性、功能的多样性和易维护性等各方面优势明显，特别地当以手机作为监控终端时可以实现任何时间、任何地点对目标场景的监控，并可以进行反向控制、双向通话。 

无线监控系统的基本构架由视频压缩模块、主控模块和无线传输模块组成。视频压缩模块将摄像头采集到的原始视频数据进行特定格式的压缩后交与主控模块进行网络层协议的封装并组帧缓存传送给传输模块，然后通过智能天线经由无线网络发送到公网基站，进而传送到目标客户端进行解压和译码。压缩模块的输出码率越高，画面就越清晰，细节也越丰富，当然需要传输的数据量也就越大。虽然人们希望尽可能的提升压缩芯片的输出码率以得到更高质量的视频图像，但是输出码率必须考虑主控模块的处理能力和无线信道的容量。若输出码率过高以至于超过了主控模块的处理能力，或者输出码率大于无线信道的容量，就会导致发送端本地缓冲区溢出而造成大量的丢帧。而众所周知，无线网络存在不稳定性。某一终端用户在某一小区上所能使用的带宽在不同的时段下存在差异，因此若采用固定的传输速率，无线视频监控系统的传输速率只能取决于恶劣传输条件下的最慢传输速率，而这种策略导致了无线网络条件较好时频谱资源的严重浪费。另外，当视频压缩数据的封包到达公网基站后，再传送到客户端所经过的网络环境对于发送端来说是不可知的。若输出码率过高，很可能在公网基站到达客户端的网络传输过程中造成严重的数据包丢失、延迟和错序等问题，导致客户端译码错误，图像质量急剧下降。可见，从压缩芯片输出码率的角度考虑，若想在保证视频可靠传输的前提下得到最佳的视频质量，必须同时考虑数据传输中两个重要的因素：一是监控端主控模块的处理能力和无线信道的容量；二是客户端所在网络的环境  。因此，设计一种根据当前网络环境以及处理器能力，自动的选择最佳传输速率以得到最优视频图像质量的自适应流量控制方法在无线视频监控领域有着重要的意义。 

发明内容

本发明针对现有无线视频监控技术存在的浪费频谱资源等不足，提供一种用于无线视频监控系统数据传输的自适应流量控制方法，该方法根据发送端自身处理能力和无线信道的容量以及用户端反馈的网络信息，在保证视频可靠传输的条件下自适应地选择最大视频传输速率，应用这种自适应控制方法来选择当前传输条件下的最佳码率。 

本发明基于无线监控整个传输过程中造成数据丢帧和丢包的两个原因，联合考虑物理层和网络层对整个无线监控系统性能上的影响，引入一个标志丢帧程度的数值——丢帧量值， 根据其大小来衡量丢帧、丢包对视频质量的影响程度  。该丢帧量值是两个造成丢帧或丢包的因素分别与其权重相乘后的加和，即丢帧量值的计算公式为：丢帧量值＝无线信道丢帧量值*无线信道加权+网络丢帧量值*网络加权。其中，无线信道丢帧量值用来衡量压缩模块输出码率与无线信道容量的匹配程度，该值在每次监控端缓冲区溢出时加一；网络丢帧量值用来衡量压缩模块输出码率是否与客户端所在网络环境匹配，该值在每次收到客户端反馈的丢包信息时加一。无线信道加权+网络加权＝1。二者的具体值根据客户端所在网络环境来设定。当客户端所在网络环境较好时，如有线网络，则网络加权设置的较小，取值为0.3~0.5。当客户端所在网络环境较差时，如无线网络，则网络加权设置的较大，取值为0.5~0.7。 

根据丢帧量值的数值和当前缓冲区的使用程度来判断是否需要改变码率。以具体设定的门限作为提高或降低码率的依据，并根据丢帧量值的大小设定码率调整的步长，以更快的收敛到最佳码率。另用一标志位表示是否刚刚进行过码率的调整，防止码率在某一数值上下震荡，即码率在某一边界数值上下不断地进行调整。  当处理器接收到一定数目的数据帧时进行丢帧量值的判断，并根据丢帧量值的情况调整视频压缩芯片的码率参数，重新进行视频压缩芯片的初始化从而达到自适应的选择码率的目的。