[发明专利]一种实时视频中保证视频质量的拥塞控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种实时视频中保证视频质量的拥塞控制方法及系统，能够快速响应带宽变化、并克服码率增加过多的缺点，提高了码率对带宽的跟踪速度，提高了带宽利用率，克服了码率增加过多造成网络拥塞的缺点。具体方案为：实时接收视频数据包，并计算延迟梯度。根据延迟梯度对当前网络状态进行过载检测，获得当前网络状态信号；当前网络状态信号为过载状态信号Overuse、正常状态信号Normal或低载状态信号Underuse。构建有限状态机，根据当前网络状态信号进行状态转换。根据状态机的当前状态，进行码率计算。根据计算出来的下一时刻即t_i时刻的码率设定视频数据包的发送码率。

技术领域

本发明涉及网络传输技术领域，具体涉及一种实时视频中保证视频质量的拥塞控制方法及系统。

背景技术

网络拥塞是基于IP协议的数据报交换网络中常见的一种网络传输问题，它对网络传输的质量有严重的影响，网络拥塞是导致网络吞吐降低，网络丢包等的主要原因之一，这些问题使得上层应用无法有效地利用网络带宽获得高质量的网络传输效果。特别是在通信领域，网络拥塞导致的丢包、延迟、抖动等问题，严重的影响了通信质量，如果不能很好的解决这些问题，一个通信产品就无法在现实环境中正常使用。

GCC(GoogleCongestionControl)拥塞控制算法主要分成两个部分：一个是基于丢包的拥塞控制，一个是基于延迟的拥塞控制。这两个拥塞控制算法分别是在发送端和接收端实现的，接收端的拥塞控制算法所计算出的估计带宽，会通过RTCP的remb报文反馈到发送端，发送端综合两个控制算法的结果得到一个最终的发送码率，并以此码率发送数据包。

基于丢包的拥塞控制的基本思想是根据丢包的多少来判断网络的拥塞程度，丢包越多则认为网络越拥塞，那么需要降低发送速率来缓解网络拥塞；如果没有丢包，这说明网络状况很好，这时候可以提高发送码率，向上探测是否有更多的带宽可用。基于延迟的拥塞控制，GCC使用延迟梯度来判断网络的拥塞程度，其算法分为几个部分：到达时间滤波器、过载检测器、速率控制器。

原有的GCC拥塞控制算法应用于本系统后，遇到带宽情况由差变好时，码率依然维持在较低水平，造成带宽浪费，用户接收视频质量较差。基于此缺点，对算法进行改进。

现有的GCC拥塞控制算法存在以下缺点：带宽由低开始增加时，算法计算的码流比带宽低很多，没有迅速跟踪带宽的变化提升码率。原因是状态机输入信号为underuse时，无论现态处于哪一状态，次态均为hold，处于hold状态时，码率变化策略是保持不变，导致码率没有实时增加；码率一旦开始增加就增的过高，超过带宽的范围，造成网络拥塞，丢包增多，视频出现卡顿，其原因是码率增加时采用乘性增加，增加后的码率过大，超过带宽范围。

图1示出了传统的GCC拥塞控制算法的带宽跟踪效果。其中带宽短时间波动时，检测低带宽的灵敏度高，可以在1-2s内跟踪上，但对带宽增加不敏感，码率增加很慢。图1的曲线反映的是优化前拥塞控制算法在带宽12秒变化一次时的码率变化曲线，从图中可以看出，带宽增加时码率维持在低码率下，对带宽的增加延迟10秒做出反应，增加时增加超过带宽300kbps。

可以看出，GCC拥塞控制算法的策略保守，无法快速反应利用可用的带宽资源，在看重视频质量的实时视频通信中不适用；码率增加策略使码率增加过多，加剧网络拥塞和丢包。现有的拥塞控制算法在视频传输过程中对带宽的跟踪速度较慢，增速不合适，不能满足需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实时视频中保证视频质量的拥塞控制方法及系统，能够快速响应带宽变化、并克服码率增加过多的缺点，提高了码率对带宽的跟踪速度，提高了带宽利用率，克服了码率增加过多造成网络拥塞的缺点。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种实时视频中保证视频质量的拥塞控制方法，包括如下步骤：

步骤一、实时接收视频数据包，并计算延迟梯度。