专利名称：视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法
技术领域：
本发明涉及视频数据无线采集传输技术领域，尤其涉及一种提高视频采集传输系 统QoS的网络优化方法。
背景技术：
随着国内3G网络的发展，人们对移动通信业务的需求已经由单一语音需求转变 为对视频和音频的需求。以传送语音、数据和视频为一体的多媒体通信业务成为通信领域 发展的热点。申请日为2009年12月1日、申请号为200910250002. 5、公开号为101877787A的发 明申请公开了一种基于3G网络的视频无线传输监控系统，包括至少一个视频信号采集处 理终端、一个3G网络和一个服务器；所述视频信号采集处理终端包括视频信号采集设备、 视频模数转换模块、视频压缩处理模块、3G射频模块和微处理器。本发明还提出了一种基于 3G网络的视频无线传输监控方法，视频信号采集处理终端上电启动，并初始化，然后在3G 网络上注册并连接3G网络，获得IP地址，并和服务器建立连接；视频信号采集处理终端侦 听服务器发出的命令，并在收到命令后，做出和命令相应的处理。本发明可以在整个公网范 围内建立视频数据传输网络，大大节约传输成本的同时，扩大应用范围，提高无线网络的利 用率。视频无线传输的使用领域越来越多，然而由于国内3G网络的诸多特性制约，以及 已有的有线视频传输技术在3G无线网络中的不完全匹配，大大限制了视频无线传输的高 效应用，某些时间段3G网络出现的带宽抖动以及不同时间段的带宽差异，严重影响了视频 传输的稳定性。相对于有线网络而言，传输速度和质量仍然制约了无线视频传输的清晰度 和流畅性的提高。无线传输带宽利用率一直是当前的热点问题。在不同时间段，网络质量 相差较大，这给用户使用带来了巨大的不便。单一模式的视频传输将无法满足使用者的需 求。优化已有的传输协议将有效的提高带宽利用率和数据传输的质量，因此，优化与实现已 有的传输协议成为当前研究的热点与重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方 法，解决现有无线视频传输中传输速度慢、传输质量和稳定性差的问题。本发明的技术方案是一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，应用于 包括至少一个视频信号采集处理传输终端、一个3G网络和一个视频信号接收播放服务器 的视频无线传输监控系统，在视频信号采集处理传输终端和视频信号接收播放服务器进行 无线通信的过程中，视频信号接收播放服务器实时统计视频信号采集处理传输终端所发送 的视频流数据包，并对其进行分析后做出判决处理，在需要调节视频参数时，给视频信号采 集处理传输终端发送反馈信息，视频信号采集处理传输终端接收反馈信息后对视频参数做 出调整。
进一步的，所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，具体包括以 下步骤所述视频信号接收播放服务器接收到视频信号采集处理传输终端发出的视频流 数据包后，定时对视频流数据包进行统计学分析，求出丢失的包数目，并计算出该时段的丢 包率；视频信号接收播放服务器的自反馈模块对该时段的丢包率进行判决，并进行如下处 理
若丢包率 < 丢包率阈值，视频信号接收播放服务器的自反馈模块不做处理，继续等待 接收下一时段的丢包率数据；
若丢包率>丢包率阈值，视频信号接收播放服务器的自反馈模块生成反馈索引，并封 装成自反馈数据包，发送给视频信号采集处理传输终端(1 )，然后继续等待接收下一时段的 丢包率数据。进一步的，所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法中，视频信号 采集处理传输终端调整的视频参数包括视频分辨率和码流率。进一步的，所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法中，视频信号 接收播放服务器在需要调节视频参数时，给视频信号采集处理传输终端发送的反馈信息包 括
a)若当前视频分辨率为VGA格式，则调整为CIF格式，码流大小不变；
b)若当前视频分辨率为CIF格式，则视频分辨率维持CIF格式不变，将码流调整为 IOOk + 1/2的当前码流率。进一步的，所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，视频信号采 集处理传输终端接收自反馈数据包后对视频参数做出调整的具体步骤为
步骤51 视频信号采集处理传输终端接收到自反馈数据包；
步骤52 读取自反馈数据包中的反馈唯一标志符，判断是否已重复接收，已接收过该 反馈信息，则丢弃；否则进入步骤53 ；
步骤53 读取自反馈数据包中的自调节参数，根据自调节参数中的视频分辨率和码流 率而调整视频分辨率和码流率。 进一步的，所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，在步骤53中， 若所述自调节参数是视频最小分辨率阈值和最小码流率阈值，并且当前传输参数是视频最 小分辨率和最小码流率，则将视频信号采集处理传输终端的视频信号采集设备配置为抓取 单张图片模式。进一步的，所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，当视频信号 采集处理传输终端的视频信号采集设备配置为抓取单张图片模式时，视频信号采集处理传 输终端在室内无周边强噪声源干扰下，最小分辨率阈值为CIF，最小码流阈值为2001ApS。进一步的，所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，当视频信号 采集处理传输终端的视频信号采集设备配置为抓取单张图片模式时，抓取的单张图片的格 式为352像素X 288像素，色度为16位像素；抓取频率为每5秒抓取一张。本发明的优点是本发明的优化方法应用在网络七层结构中的应用层上，面向3G 网络的无线视频传输的协议进行优化与实现，实时动态的根据3G网络的带宽和视频信号 接收播放服务器的接受数据包的状态来调节发送端的流码率，增加了视频信号接收播放服 务器接收端的数据包计数、计算数据包的丢失率、建立反馈模式等功能。在视频实时传输过程中，建立起一套基于RTP协议的有效的实时传输反馈机制，动态地调节视频分辨率和码 流，实时控制传输特性，能够使得丢包率降低，增加传输画面的清晰度，使得整个视频信号 采集处理传输终端能够自适应3G带宽的传送视频流，提高了无线网络的利用率，大大提高 视频的传输质量和稳定性，使视频无线传输监控系统能够在不同时刻根据网络的实时状况 来调整视频传输的码率和分辨率。用户将无需在远程桌面软件上，实时调整视频监控参数 来应对网络质量差导致的视频传输效果不稳定的难题。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
图1为基于3G网络的视频无线传输监控系统的结构示意图； 图2为视频信号采集处理传输终端的结构示意图； 图3为本发明的服务器发送的自反馈数据包结构图； 图4为本发明的优化方法的流程图5为本发明的优化方法中视频信号采集处理传输终端的工作流程图； 图6为本发明的优化方法的统计数据的组织形式。其中1视频信号采集处理传输终端；2 3G无线网络；3视频信号接收播放服务
ο
具体实施例方式实施例如图1所示，基于3G网络的视频无线传输监控系统，包括视频信号采集处 理传输终端1、3G无线网络2和视频信号接收播放服务器3。如图2所示，视频信号采集处 理传输终端1包括视频信号采集设备，视频模数转换模块、视频压缩处理模块、3G射频模 块和中心控制处理器。如图1所示，本发明的基于3G网络优化视频QoS的无线传输方法，在视频采集处 理传输终端与视频接收播放视频信号接收播放服务器之间建立三条链路。其中，虚线所示 的第一条链路是用于视频信号接收播放服务器对视频信号采集处理传输终端的控制链路， 实线所示的第二条是用于视频数据的传输链路，点划线所示的第三条是用于视频的服务质 量(QoS)的自反馈调节链路。视频信号接收播放服务器根据接收到的视频数据包的质量， 通过自反馈调节链路向视频信号采集处理传输终端反馈信息，终端收到反馈信息后，相应 调节视频参数，从而达到优化视频QoS的目的。视频信号接收播放服务器包括用于视频 QoS的自反馈调节的自反馈模块，用于对对视频信号采集处理传输终端进行控制的控制模 块，以及用于视频数据的传输播放的视频数据分析解码模块。基于3G网络的视频无线传输监控系统的监控方法，控制链路和视频数据传输链 路上的监控方法包括如下步骤
步骤Sl 视频信号采集处理传输终端上电启动，并初始化；
步骤S2 视频信号采集处理传输终端通过其内部的3G射频模块在3G网络上注册并连 接3G网络，获得IP地址；
步骤S3 视频信号采集处理传输终端通过3G网络和视频信号接收播放服务器建立连
接；步骤S4:视频信号采集处理传输终端侦听视频信号接收播放服务器发出的命令，并在 收到命令后，做出和命令相应的处理。在所述步骤S4中，若视频信号接收播放服务器发出“传输”命令，则视频信号采集 处理传输终端通过3G网络向视频信号接收播放服务器发送采集到的实时视频数据流；
若视频信号接收播放服务器发出“关闭媒体”命令，则视频信号采集处理传输终端停止 发送视频数据流；
若视频信号接收播放服务器发出“关闭设备”命令，则视频信号采集处理传输终端断电 关闭；
若视频信号接收播放服务器发出“休眠设备”命令，则视频信号采集处理传输终端停止 发送视频数据流并休眠。对处于休眠状态的视频信号采集处理传输终端，视频信号接收播放服务器通过发 送短信唤醒视频信号采集处理传输终端重新工作。在视频信号采集处理传输终端和视频信号接收播放服务器进行无线通信的过程 中，视频信号接收播放服务器实时统计视频信号采集处理传输终端所发送的视频流数据 包，并对其进行分析后做出判决处理。具体为
当视频信号接收播放服务器接收到视频信号采集处理传输终端发出的视频包时，记录 此数据包的标志符索引(index)，标记为统计起始包索引(index)，并初始化接收到的包计数。该记录信息可以按照如下的结构形式来实现 typedef struct _record{
struct _info 氺head;
} RECORD;整个信息以链表的形式组织起来，而上述结构则为此表的表头，可以参阅图6。视频信号接收播放服务器每接收到一个视频流数据包，就将接收到的包计数增加 1。每隔一定时间，例如30秒对视频流数据包进行统计，计算丢包率，该定时时间 可根据用户需求与环境因素进行调整，统计数据结构至少包含统计序号id、统计起始包 index、统计结束包index、接收到的包计数和丢包率。该统计结构可以按照如下的形式来实现 typedef struct _info{
uint32_t id; uint32_t sta—index； uint32_t end—index； uint32_t recv—num; floatdisct；
struct _info 氺next; }INF0;
在视频信号接收播放服务器的自反馈模块中设置有丢包率阈值，服务器的自反馈模块接收统计数据，对其中包含的丢包率数据进行如下的判决若丢包率小于阈值，则不做 处理，自反馈模块继续等待接收丢包率数据，视频信号接收播放服务器继续从步骤1)开始 执行；若丢包率大于等于阈值，说明需要调节视频参数，则启动视频信号接收播放服务器 端的自反馈线程，生成包含如下数据的数据包反馈包唯一标志符id、丢包率、自调节参数 param,自反馈的数据包结构如图3所示。自调节参数包括欲调节的视频分辨率和码流率。比较丢包率阈值的方法可以采用下述定义 #define DISCARD 10
#define C0MP_DIS(x) ((int) (x*100) >DISCARD) ？ 1:0)
生成的自反馈的数据包结构可以按照如下的格式
typedef struct _feedback{
uint32_t id;
floatdisct；
uint32_t param；
}FBCK ；
在计算param时，我们是按照如下的经验公式计算 new = 200k + (old - 200k) *50% 其中，公式中的200是我们多次测量的经验值。视频信号接收播放服务器3在需要调节视频参数时，给视频信号采集处理传输终 端1发送发热反馈信息包括
a)若当前视频分辨率为VGA格式，则调整为CIF格式，码流大小不变；
b)若当前视频分辨率为CIF格式，则视频分辨率维持CIF格式不变，将码流调整为 100k + 1/2的当前码流率。视频信号接收播放服务器通过自反馈调节链路，将上述的自反馈数据包发送给视 频信号采集处理传输终端，视频信号采集处理传输终端收到上述的自反馈数据包后，根据 其内容，修改自身的发射参数。具体步骤为
a)视频信号采集处理传输终端接收到自反馈数据包；
b)读取自反馈数据包中的反馈唯一标志符，判断是否已重复接收，已接收过该反馈 信息，则丢弃；否则进入步骤C);
c)读取自反馈数据包中的自调节参数，根据自调节参数的视频分辨率和码流率而调 整视频分辨率和码流率。若所述自调节参数是视频最小分辨率阈值和最小码流率阈值，并 且当前传输参数是视频最小分辨率和最小码流率，则将视频信号采集处理传输终端的视频 信号采集设备配置为抓取单张图片模式。视频信号采集处理传输终端在室内无周边强噪声源干扰下，最小分辨率阈值为 CIF，最小码流阈值为2001ibpS;
视频信号采集处理传输终端抓取的单张图片的格式为352像素X288像素，色度为16 位像素。抓取频率为每5秒抓取一张。视频信号采集处理传输终端在采取新的视频参数时采用如下步骤
a)暂停当前视频发送；
b)清空发送缓冲存储装置中的数据；c)按照新的视频参数，立即采集并生成新的视频关键帧或者单张图片并发送；
d)重复步骤3)三次，此后按照正常流程运行。 以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，凡依本 发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发明覆盖的保护范围。
权利要求
1.一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，应用于包括至少一个视频信号采 集处理传输终端(1)、一个3G网络(2 )和一个视频信号接收播放服务器(3 )的视频无线传输 监控系统，其特征在于在视频信号采集处理传输终端(1)和视频信号接收播放服务器(3) 进行无线通信的过程中，视频信号接收播放服务器(3)实时统计视频信号采集处理传输终 端(1)所发送的视频流数据包，并对其进行分析后做出判决处理，在需要调节视频参数时， 给视频信号采集处理传输终端(1)发送反馈信息，视频信号采集处理传输终端(1)接收反 馈信息后对视频参数做出调整。
2.根据权利要求1中所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，其特征 在于具体包括以下步骤所述视频信号接收播放服务器(3)接收到视频信号采集处理传输 终端(1)发出的视频流数据包后，定时对视频流数据包进行统计学分析，求出丢失的包数 目，并计算出该时段的丢包率；视频信号接收播放服务器(3)的自反馈模块对该时段的丢 包率进行判决，并进行如下处理若丢包率 < 丢包率阈值，视频信号接收播放服务器(3)的自反馈模块不做处理，继续等 待接收下一时段的丢包率数据；若丢包率>丢包率阈值，视频信号接收播放服务器(3)的自反馈模块生成反馈索引，并 封装成自反馈数据包，发送给视频信号采集处理传输终端(1 )，然后继续等待接收下一时段 的丢包率数据。
3.根据权利要求1中所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，其特征 在于视频信号采集处理传输终端(1)调整的视频参数包括视频分辨率和码流率。
4.根据权利要求1中所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，其特征 在于视频信号接收播放服务器(3)在需要调节视频参数时，给视频信号采集处理传输终 端(1)发送的反馈信息包括a)若当前视频分辨率为VGA格式，则调整为CIF格式，码流大小不变；b)若当前视频分辨率为CIF格式，则视频分辨率维持CIF格式不变，将码流调整为 IOOk + 1/2的当前码流率。
5.根据权利要求2中所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，其特征 在于视频信号采集处理传输终端(1)接收自反馈数据包后对视频参数做出调整的具体步 骤为步骤51 视频信号采集处理传输终端(1)接收到自反馈数据包；步骤52 读取自反馈数据包中的反馈唯一标志符，判断是否已重复接收，已接收过该 反馈信息，则丢弃；否则进入步骤53 ；步骤53 读取自反馈数据包中的自调节参数，根据自调节参数中的视频分辨率和码流 率而调整视频分辨率和码流率。
6.根据权利要求5中所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，其特征 在于在步骤53中，若所述自调节参数是视频最小分辨率阈值和最小码流率阈值，并且当 前传输参数是视频最小分辨率和最小码流率，则将视频信号采集处理传输终端(1)的视频 信号采集设备配置为抓取单张图片模式。
7.根据权利要求6中所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，其特 征在于当视频信号采集处理传输终端(1)的视频信号采集设备配置为抓取单张图片模式时，视频信号采集处理传输终端(1)在室内无周边强噪声源干扰下，最小分辨率阈值为 CIF，最小码流阈值为200kbps。
8.根据权利要求6中所述的一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，其特 征在于当视频信号采集处理传输终端(1)的视频信号采集设备配置为抓取单张图片模式 时，抓取的单张图片的格式为352像素X 288像素，色度为16位像素；抓取频率为每5秒抓 取一张。
全文摘要
本发明公开了一种视频无线传输监控系统的视频QoS优化方法，在视频信号采集处理传输终端和视频信号接收播放服务器进行无线通信的过程中，视频信号接收播放服务器实时统计视频信号采集处理传输终端所发送的视频流数据包，并对其进行分析后做出判决处理，在需要调节视频参数时，给视频信号采集处理传输终端发送反馈信息，视频信号采集处理传输终端接收反馈信息后对视频参数做出调整。本发明动态地调节视频分辨率和码流，实时控制传输特性，使丢包率降低，增加传输画面的清晰度，提高了无线网络的利用率，大大提高视频的传输质量和稳定性，使视频无线传输监控系统能够在不同时刻根据网络的实时状况来调整视频传输的码率和分辨率。
文档编号H04N7/18GK102075769SQ20111000364
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者于晓晨, 张 杰, 王琢玉, 祝贺 申请人:东南大学苏州研究院, 苏州博联科技有限公司