视频码率实时调整装置及系统、视频服务器的制作方法

本发明涉及存储
技术领域：
，尤其涉及一种视频码率实时调整装置及系统、视频服务器。
背景技术：
：随着互联网技术的发展，无线网络得到了迅猛的发展，方便人们工作生活的同时对无线网络的性能提出了更高的要求，如无线网络的实时性等。尤其在公共安全领域，对于实时视频的传输有着全天候、全地形的要求，提供清晰度高、延时性小的视频传输有利于现场情况的及时掌握。但是，由于无线网络的缺陷性，易使得网络传输中出现包现象。一般来说，丢包原因大致可以划分为两类：一类是由于网络拥塞导致，即当前的网络无法承载很高的码率；另一类是由于无线链路出错造成，如误码，无线网络等原因。无论是何种原因导致丢包，都极大地影响了无线网络对视频的实时传输。在传输控制协议(以下简称tcp)中，实现拥塞控制的机制包括两部分：慢启动和拥塞避免。为了提高传输效率，tcpreno进一步引入快速重传和快速恢复算法，其只需根据发送方收到的重复确认判定数据包的丢失，不用再等待到数据包超时，以此在出现连续丢包的情况下，发送方能够更有效的进行拥塞控制。但这一改进都只是针对于有线网络，对于信道环境复杂的无线网络环境，数据丢失的原因不仅仅局限于网络拥塞，大部分丢包是由于链路出错造成的，直接采用有线网络中的规则，势必降低带宽利用率，无法充分发挥出tcp的性能。当然，目前也有针对改善tcp在无线环境下的传输效率的技术方案，如：1)端到端方案，其仅对tcp连接两端的协议进行修改，不需要考虑中间节点，保证了发送方和接受方tcp连接的完整性。但是，与传统tcp协议共存时，会出现霸占其他协议流带宽的问题，严重破坏了不同协议流之间的友好性。2)分段连接方案，其在传输层分为两段，对tcp发送方完全屏蔽了无线链路，以此无线链路部分可以另外使用其他的拥塞控制技术，如sack(selectiveack)等。该装置对移动主机和中间节点的tcp软件都要做修改，虽然发送方的tcp实现不受影响，但是破坏了端到端的tcp连接语义，传送的数据包并没有真正发送到接收方。3)本地链路层方案，介于以上两种装置之间，它使用可靠地链路层协议在链路层进行重传从而对发送端屏蔽和链路有关的丢包。但是这样链路层协议和高层协议都有独立差错控制功能，两者相互竞争，不利于提高端到端的吞吐量。技术实现要素：本发明的目的是提供一种无线接入认证装置及一种视频码率实时调整装置及系统、视频服务器，有效解决了无线网络中视频数据实时传输的技术问题。本发明提供的技术方案如下：一种基于无线网络的视频码率实时调整装置，包括：处理器，用于实现各指令；及存储器，用于存储多条指令，所述指令适用于处理器加载并执行；所述多条指令包括：根据视频接收端检测的丢包信息得到丢包率；根据所述丢包率对网络的视频码率进行预测，得到预测码率；根据视频接收端反馈的视频数据确认信息判断当前网络是否出现拥塞；若是，根据预测码率对实时码率进行调整，并根据调整后的码率发送视频数据。在本技术方案中，根据视频接收端的丢包率等信息判断当前无线网络是否出现拥塞情况，若出现，则根据及时调整视频数据的发送码率，以减少无线网络的拥塞状态，从而提高视频数据的传输效率。进一步优选地，在指令根据所述丢包率对网络的视频码率进行预测，得到预测码率中，包括：根据视频接收端反馈的视频数据确认信息中包括的时间戳计算得到往返延时；根据丢包率、往返延时以及重传超时时间对网络中的视频码率进行预测，得到预测码率。在本技术方案中，根据丢包率等信息对无线网络的视频码率进行预测，以此根据该视频码率对当前无线网络中的实时码率进行调整。进一步优选地，所述根据丢包率、往返延时以及重传超时时间对网络中的视频码率进行预测，得到预测码率r0，具体为：其中，p为丢包率，rtt为往返延时，rto为重传超时时间。进一步优选地，在指令根据视频接收端反馈的视频数据确认信息判断当前网络是否出现拥塞中，包括：根据视频数据确认信息中包括的时间戳计算得到单向延时，所述单向延时为视频发送端到视频接收端的延时；判断预设大小数据量中单向延时是否呈现增加趋势，若是，判定出现拥塞。进一步优选地，所述根据视频数据确认信息中包括的时间戳计算得到单向延时di，具体为：di＝rtt-(si-ri)其中，rtt为第i个视频数据的往返延时，si为视频发送端发送第i个视频数据的时间，ri为视频接收端发送第i个视频数据确认信息的时间。进一步优选地，在指令判断预设大小数据量中单向延时是否呈现增加趋势中，包括：根据预设规则计算趋势判定值，并根据趋势判定值判断单向时延是否呈现增加趋势，包括计算第一趋势判定值和第二趋势判定值，其中，第一趋势判定值spct为：其中，k为预设大小的数据量中视频数据分组数，为第l组视频数据单向延时均值，为第l-1组视频数据单向延时均值；第二趋势判定值spdt为：其中，k为预设大小的数据量中视频数据分组数，为第l组视频数据单向延时均值，为第l-1组视频数据单向延时均值；为第k组视频数据单向延时均值，为第1组视频数据单向延时均值。在本技术方案中，根据第一趋势判定值和第二趋势判定值对当前无线网络的拥塞情况进行判定，简单方便。进一步优选地，在指令根据趋势判定值判断单向时延是否呈现增加趋势中，包括：若第一趋势判定值大于第一预设值，且第二趋势判定值大于第二预设值，则判断单向时延呈现增加趋势。进一步优选地，在指令根据预测码率对实时码率进行调整中，包括：比较第一趋势判定值和第二趋势判定值，将较大值作为码率调整值；根据所述码率调整值对视频数据发送的实时码率进行调整。进一步优选地，在指令根据所述码率调整值调整对实时码率进行调整中，包括：将码率调整值与第三预设值进行比较；若码率调整值小于第三预设值，则将预测码率作为校正码率，并将实时码率调整为预测码率；若码率调整值大于第三预设值，则根据预测码率和码率调整值得到校正码率，并将实时码率调整为校正码率，其中，校正码率rwrfc为：其中，rod为码率调整值。进一步优选地，在指令根据所述码率调整值调整对实时码率进行调整之后，进一步包括：根据校正码率和用户选定的码率等级对实时码率进行进一步调整，并根据调整后的码率发送视频数据。在本技术方案中，根据用户选定的码率等级，结合当前无线网络的链路情况，自适应调节发送码率，以提高网络传输效率。本发明还提供了一种视频服务器，包括上述视频码率实时调整装置。本发明还提供了一种视频码率实时调整系统，包括上述视频服务器，还包括视频数据获取设备及视频网关，其中，视频服务器分别与视频数据获取设备和视频网关连接，视频数据获取设备实时获取视频数据，并将其发送至视频服务器；视频服务器接收视频数据获取设备获取的视频数据，通过视频码率实时调整装置实时调整视频数据发送的码率，以此控制视频网关根据该码率发送视频数据。在本技术方案中，视频码率实时调整系统根据用户选定的码率等级，结合当前无线网络的链路状况，自适应调节发送码率。其通过对当前无线网络的状态信息进行分析处理，对视频码率的大小进行预测和分析，以此尽可能使得无线网络的传输速率得到提高。该方案只对发送方的tcp协议进行少量修改，不仅保持已有网络传输协议语意及端到端(视频发送端和视频接收端之间)语义的完整性，同时不改变中间节点的tcp协议，保证了与其他tcp流之间的友好性。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对倒置定量气雾剂阀门的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1为本发明存储器中存储指令一种实施方式示意图；图2为本发明存储器中存储指令另一种实施方式示意图；图3为本发明中视频码率实时调整系统统结构示意图。附图标号说明：100-视频数据获取设备，200-视频服务器，300-网关，400-视频接收端。具体实施方式为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。本发明了一种基于无线网络的视频码率实时调整装置，包括：相互连接的处理器和存储器，其中，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，指令适用于处理器加载并执行。具体，如图1所示，存储器中存储的多条指令包括：s1根据视频接收端检测的丢包信息得到丢包率；s2根据丢包率对网络的视频码率进行预测，得到预测码率；s3根据视频接收端反馈的视频数据确认信息判断当前网络是否出现拥塞；若是，跳转至步骤s4；s4根据预测码率对实时码率进行调整，并根据调整后的码率发送视频数据。在本实施方式中，初始化网络信息之后，从慢启动阶段开始，视频接收端开始进行丢包检测，并将检测到的丢包信息反馈至视频发送端。视频发送端在接收到丢包信息之后，对丢包率进行计算；之后，根据计算得到的丢包率对当前无线网路的视频码率进行预测，得到预测码率；接着判断当前无线网络中是否出现了拥塞，若出现了拥塞，则根据预设规则对当前的实时码率进行调整，以减少无线网络的拥塞状态，提高视频数据的传输效率。要说明的是，丢包检测在整个视频数据传送的过程中持续进行，从tcp慢启动阶段开始。在一实例中，通过无线网络观看视频的过程中，在整个过程中终端设备持续检测接收数据的丢包率，并将丢包信息反馈至视频发送端，以此适用性的对视频数据发送的码率进行调整，尤其是在无线网络不稳定的情况下，有效视频提高数据传输的效率。在另一实例中，在对视频数据实时性要求比较高的应用场景，如暴恐应急等，采用该视频码率实时调整方法有效保证了视频数据的实时传输。具体，在对网络的视频码率进行预测得到预测码率的过程中，首先，根据视频接收端反馈的视频数据确认信息中包括的时间戳计算得到往返延时；之后，根据丢包率、往返延时以及重传超时时间对网络中的视频码率进行预测，得到预测码率r0：其中，p为丢包率，rtt为往返延时，rto为tcp重传超时时间。根据上述方法计算得到预测码率r0之后，根据视频接收端反馈的视频数据确认信息判断当前网络是否出现拥塞：首先根据视频数据确认信息中包括的时间戳计算得到单向延时并进行存储，进而判断预设大小数据量中单向延时是否呈现增加趋势，若是，则判定出现拥塞。具体，单向延时di＝rtt-(si-ri)，其中，rtt为第i个视频数据的往返延时，si为视频发送端发送第i个视频数据的时间，ri为视频接收端发送第i个视频数据确认信息的时间。在判断预设大小数据量中各视频数据包的单向延时是否呈现增加趋势的过程中，据预设规则计算得到趋势判定值，以此根据趋势判定值判断单向时延是否呈现增加趋势，包括计算第一趋势判定值和第二趋势判定值，具体：根据预先设置的大小为n的数组arr，将视频数据发送过程中最新的n个视频数据包对应的单向延时进行保存；之后将该n个单向延时分为k个分组(如，按时间段划分，每个分组中包括数据的个数可以相同也可以不同，且k>3)。基于此，第一趋势判定值spct为：其中，k为预设大小的数据量中视频数据分组数，为第l组视频数据单向延时均值，为第l-1组视频数据单向延时均值。对于i(x)函数来说，若x为真，i(x)＝1，否则i(x)＝0，即在本实施方式中，若则否则第二趋势判定值spdt为：其中，k为预设大小的数据量中视频数据分组数，为第l组视频数据单向延时均值，为第l-1组视频数据单向延时均值；为第k组视频数据单向延时均值，为第1组视频数据单向延时均值。在根据上述第一趋势判定值spct和第二趋势判定值spdt对无线网络当前拥塞情况进行判定的过程中，若第一趋势判定值大于第一预设值，且第二趋势判定值大于第二预设值，则判断单向时延呈现增加趋势。在一实例中，将第一预设值设定为0.66，将第二预设值设定为0.55，则在判定过程中，若计算得到第一趋势判定值spct＝0.5<0.66，第二趋势判定值spdt＝0.6>0.55，判定只有第二趋势判定值spdt都呈现增加趋势，进而判定当前无线网络没有发生拥塞，无需对当前网络发送数据视频的实时码率进行调整。在一实例中，将第一预设值设定为0.66，将第二预设值设定为0.55，则在判定过程中，若计算得到第一趋势判定值spct＝0.7>0.66，第二趋势判定值spdt＝0.6>0.55，判定第一趋势判定值spct和第二趋势判定值spdt都呈现增加趋势，进而判定当前无线网络发生拥塞，需要对当前网络发送数据视频的实时码率进行调整。根据上述方法计算得到第一趋势判定值spct和第二趋势判定值spdt，并判定当前无线网络出现拥塞之后，随即比较第一趋势判定值spct和第二趋势判定值spdt，将较大值作为码率调整值rod＝max(spct,spdt)，并根据该值通过改变关键帧间隔或者调整帧图像压缩率对视频数据发送的实时码率进行调整。在调整的过程中，若码率调整值小于第三预设值，则将预测码率作为校正码率，并将实时码率调整为预测码率，即rwfrc＝r0。若码率调整值大于第三预设值，则根据预测码率r0和码率调整值rod得到校正码率，并将实时码率调整为校正码率，其中，校正码率rwrfc为：这里对第三预设值不做具体限定，根据实际情况而定，如，在一实例中，将第三预设值设定为0.66，如表1所示，若码率调整值rod<0.66，则校正码率rwfrc＝r0，将关键帧间隔设定为30s；若码率调整值rod>0.66，则校正码率并根据不同等级对关键帧间隔时间进行设定，具体，当0.66<rod<0.72，将关键帧间隔设定为20s；当0.72<rod<0.78，将关键帧间隔设定为10s；当0.78<rod<0.85，将关键帧间隔设定为5s；当0.85<rod<0.90，将关键帧间隔设定为3s；当0.90<rod<0.95，将关键帧间隔设定为2s；当0.95<rod<0.99，将关键帧间隔设定为1s。表1：对上述实施方式进行改进得到本实施方式，如图2所示，在本实施方式中，存储器中存储的多条指令包括：s1根据视频接收端检测的丢包信息得到丢包率；s2根据丢包率对网络的视频码率进行预测，得到预测码率；s3根据视频接收端反馈的视频数据确认信息判断当前网络是否出现拥塞；若是，跳转至步骤s4；s4根据预测码率对实时码率进行调整得到校正码率；s5根据校正码率和用户选定的码率等级对实时码率进行进一步调整，并根据调整后的码率发送视频数据。在本实施方式中，在对视频码率进行调整之前，首先由用户选定码率等级，如表2所示为各码率等级与码率之间的关系；之后，初始化网络信息，从慢启动阶段开始，视频接收端开始进行丢包检测，并将检测到的丢包信息反馈至视频发送端。视频发送端在接收到丢包信息之后，对丢包率进行计算；之后，根据计算得到的丢包率对当前无线网路的视频码率进行预测，得到预测码率；接着判断当前无线网络中是否出现了拥塞，若出现了拥塞，则根据预设规则对当前的实时码率进行调整得到矫正码率；并将该矫正码率与用户选定的码率等级进行比对，若矫正码率大于用户选定的码率等级对应的码率，则将实时码率调整为用户选定的码率等级对应的码率；相反，将实时码率调整为矫正码率，以减少无线网络的拥塞状态，提高视频数据的传输效率。表2：码率等级码率(kbps)流畅256清晰512标清1024高清4800超清9600在一实例中，若用户选定的码率等级为“标清”，且计算得到校正码率rwrfc为5000kbps，则将实时码率调整为1024kbps，并以此发送视频数据。在一实例中，若用户选定的码率等级为“超清”，且计算得到校正码率rwrfc为5000kbps，则将实时码率调整为5000kbps，并以此发送视频数据。本发明还提供了一种视频服务器，包括上述视频码率实时调整装置。在视频服务器发送视频数据的过程中，从tcp慢启动阶段开始，视频接收端(如智能手机、笔记本电脑等)开始进行丢包检测，并将检测到的丢包信息反馈至视频服务器。视频服务器在接收到丢包信息之后，计算丢包率和时间戳信息；之后，根据计算得到的丢包率和往返延时对当前无线网路可承载的视频码率进行合理预测，得到预测码率；接着，利用网络传输的单向时延，判断当前无线网络是否出现了拥塞，若出现了拥塞，则根据预设规则对当前的实时码率进行调整，以减少无线网络的拥塞状态，提高视频数据的传输效率。本发明还提供了一种视频码率实时调整系统，如图3所示，在该实时调整系统中包括上述视频服务器200，还包括视频数据获取设备100及视频网关300，其中，视频服务器分别与视频数据获取设备和视频网关连接。在工作过程中，视频数据获取设备100实时获取视频数据，并将其发送至视频服务器200；视频服务器200接收视频数据获取设备获取的视频数据即时通过网关300发送至视频接收端400，且在发送的过程中通过视频服务器200内置的视频码率实时调整装置实时调整视频数据发送的码率，以此控制视频网关300根据该码率发送视频数据。在对码率进行实时调整的过程中，根据接收端反馈的丢包信息计算丢包率；根据视频数据确认信息中的时间戳计算视频数据包的往返延时，结合丢包率对当前无线网络可承载的码流大小进行预测，得到预测码率；之后，根据视频数据确认信息中的时间戳计算视频数据包的单向延时信息，并根据该单向延时信息判断当前无线网络中是否出现明显拥塞。若出现拥塞，则对预测码率进行校正得到校正码率，并将得到的校正码率与当前实时码率进行比较，以此调整发送码率，控制网关根据该调整后的码率对后续的视频数据包进行发送。在此基础上，在对码率进行实时调整之前，用户选定码率等级，以此，通过校正得到校正码率之后，根据用户选定码率和校正码率对实时码率进行调整，并控制网关根据该调整后的码率对后续的视频数据包进行发送。其根据用户选定的码率等级，结合当前无线网络的链路状况，自适应调节发送码率，大大提高了无线网络的传输速率。应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12