[发明专利]一种跨层控制的无线网络流媒体业务传输方法

说明书

技术领域

本发明属于信号传输技术领域，涉及一种实时的视频流媒体传输方法，具体涉及一种跨层控制的无线网络流媒体传输方法。

背景技术

多媒体数据压缩编码技术与通信网络技术的融合使得网络上实时的视频流媒体传输成为热点。目前国际上采用的视频压缩标准主要出自MPEG和ITU两大国际组织，分别为MPEG系列和H系列。在这些视频压缩标准中，定义了3种视频帧的类型，分别为I帧、P帧、B帧。每种类型的帧大小不同，其中I帧最大，P帧其次，B帧最小。不同类型的帧采用的编码方式也不同，I帧采用帧内编码方式，可以独立解码；而P帧和B帧则采用帧间编码方式，必须在其所依赖的全部参考帧被正确接收后方可正常解码。反之，如果其所依赖的帧丢失或发生错误，即使当前帧正确接收，也无法正常解码。因此，不同类型的视频帧丢失对视频播放质量的影响是不一样的。可独立解码的I帧作为P帧和B帧的参考帧，重要性最高；P帧可以作为B帧和其他P帧的参考帧，重要性次之；而B帧不能作为任何帧的参考帧，重要性最低。一定数量的帧形成一个GOP(视频片段，Group of Picture)，每一个GOP中的帧都按照固定的模式进行编码，例如一个帧数为9的GOP结构为IBBPBBPBB。为了保证视频流的连续性，每一个GOP必须在一定的时间内完成发送，这个时间为GOP周期。在网络质量较差的情况下，如果发送GOP的全部帧，由于网络时延或者丢包导致的部分帧丢失会使接收端的可播放帧率明显低于发送端的发送帧率，严重影响视频播放质量。

视频压缩编码标准中采用了基于宏块的帧间预测和运动补偿技术。这些编码技术减少了大量的冗余信息，但同时在压缩码流的视频帧之间形成了很强的解码依赖性。因此，在传输过程中某些帧的丢失或出错会导致与之相关的另外一些帧即使正确接收也无法解码。在现有的视频流媒体传输协议中，发送端通常是按照接收端的解码顺序来发送帧的。这种发送模式能使所传输的视频帧在接收缓冲区中的平均时延最短，但却忽略了视频帧之间的解码依赖性，导致在网络带宽不足或丢包率较高的情况下，接收端的实际可解帧数变小，从而影响视频播放质量。

近年来，层出不穷的无线通信系统为用户提供了多种不同的接入网络，包括无线局域网(如Wi-Fi^TM)、无线城域网(如Wi^TM)、公众移动通信网(如2G网络、3G网络)等。用户可以通过这些接入网络传输流媒体业务，还可以在这些异构的接入网络之间进行切换以保证流媒体业务的传输质量。在不同的接入网络之间的切换称为垂直切换。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种跨层控制的无线网络流媒体业务传输方法，以保证实时的视频流在异构网络上传输的可靠性。

本发明在视频流媒体业务传输的资源调度中结合了应用层的编解码结构，以最大化接收端的可解帧数。具体地说，本发明是在多个可选网络的应用场景下，根据动态变化的网络状态信息自适应地进行垂直网络切换，并在选定切换的目标网络后，根据应用层视频帧的编解码依赖性决定发送策略，有效分配网络资源的一种流媒体业务传输方法。

本发明的跨层控制的无线网络流媒体传输方法是以GOP(视频片段，Groupof Picture)作为执行资源调度和网络切换的基本单元，在发送当前GOP的过程中，对网络状态进行检测，将当前GOP周期所得到网络状态信息，包括平均时延，丢包率和可用带宽等，作为在下一个GOP周期选择切换的目标网络的依据；并且根据目标网络的可用带宽资源，结合现有的一种树形GOP解码依赖模型，自适应地调节GOP的发送帧集合，从而达到接收端的可播放帧率的最大化，保证视频播放质量。

本发明方法包括基于GOP周期的网络切换及GOP发送策略的确定。

1.基于GOP周期的网络切换

基于GOP周期的网络切换是指发送端以GOP周期作为进行网络切换的基本单位，根据当前GOP周期内所检测到的各个网络的状态信息，决定下一个GOP周期所要切换到的目标网络，并且在当前GOP周期结束时进行切换，切换的具体方法是：

(1)发送端在当前GOP周期对各个网络的状态进行检测，获取网络状态信息，并将这些信息反馈给发送端。检测过程利用现有的网络质量检测技术，例如在发送包中加序号和时间戳，接收端通过统计的方法得到当前传送流媒体业务的网络及备选网络的丢包率、平均时延、可用带宽等网络状态信息，并将这些信息反馈给发送端。

(2)发送端根据当前GOP周期收集到的网络状态信息，决定下一个GOP周期所要切换到的目标网络，并且在当前GOP周期结束时进行切换。