智能网关动态转换码率的方法及系统与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种智能网关动态转换码率的方法及系统。
背景技术：
：现在家庭使用的数字电视智能网关(例如智能机顶盒等)，将接收的数字电视信号分两路或多路输出。一路码率不变，通过hdmi直接输出到电视机，其他路经过转码器转码降低码率后通过wifi网络分发给手机、平板电脑等移动终端(若是多路则需要多个转码器，一个转码器对应一个移动终端)。转码器通过wifi输出的视频数据，将控制信息封装成rtcp包，将图像数据封装成rtp包，形成视频流，将两种格式的数据包都以udp/ip的方式进行发送。转码器有硬件和dsp方式，都受cpu控制，转码的码率的大小是固定的，也即cpu设置的转码参数是预先设定的(一般都是经验值)，比如，一个h.264格式10mbps，1080p高清节目，转换成h.264格式2mbps，720p准高清，利用wifi输出分发给移动终端。由于电视节目是实时流，采用udp方式发送，没有请求重发的可能性，这样就存在一个问题，当wifi信号质量变差时，图像画面质量会出现马赛克或卡顿现象。在实际中有两种情况最常出现：一种是渐变，即移动终端逐步远离智能网关，wifi信号强度逐步减弱，图像质量逐渐下降，具体表现为马赛克逐渐增多，最终出现卡顿；还有一种就是从一个房间进入另一个房间出现信号遮挡时的突变，wifi信号强度迅速减弱，图像质量瞬间变差，具体表现为马赛克突然出现很多，同时伴有严重的卡顿。由于智能网关转码的码率固定，在出现网络信号质量变差时输出的图像画面就会出现马赛克或卡顿，大大影响传输图像画面质量。技术实现要素：有鉴于此，有必要针对上述智能网关码率固定网络信号质量变差时输出的图像画面出现马赛克或卡顿，影响传输图像画面质量的问题，提供一种智能网关动态转换码率的方法及系统。本发明提供的一种智能网关动态转换码率的方法，包括如下步骤：s10：在移动终端接收节目流后，周期性统计丢包数，并与预设的丢包数区间进行比较，如果丢包数在丢包数区间范围内，则不通知智能网关，如果超出丢包数区间的上限则通知智能网关降低码率，如果低于丢包数区间的下限，则通知智能网关提高码率；s20：实时监测移动终端接收到的网络信号强度，获取网络信号强度的陡变量并与预设陡变量进行比较，若超过预设陡变量则进行软中断触发向移动终端发送中断请求；s30：在移动终端接收到中断请求后，停止统计丢包数并重新开始周期性统计丢包数。在其中的一个实施方式中，所述步骤s10包括：设计两个时间长度的采样周期，第一时间长度和第二时间长度；所述第一时间长度为长的时间周期，第二时间长度为短的时间周期，用于移动终端首次接收节目流和出现中断请求时使用。在其中的一个实施方式中，所述步骤s10包括：预先通过计算和测试设定多个档位码率下第一时间长度内允许丢包数的丢包数区间，来对丢包数进行比较。在其中的一个实施方式中，所述第一时间长度允许的丢包数区间获取方法具体为：将智能网关转码后输出的节目流设置到usb口，通过usb口直接连接到pc机，控制智能网关设定多个档位码率的节目流；在pc机上将接收到的数据包随机丢弃，将处理过的节目流送到图像监视器，进行图像观察，同时将处理过的节目流送到码流分析仪进行实时分析；选定一个码率的节目流输出，在pc机上逐步加大丢包数，观察出现的图像质量状况，若出现的马赛克超过设定值，则记录下此时的丢包数和码流分析仪记录的图像宏块丢失数；重复上述测试多次，对记录的丢包数取平均值作为丢包数区间的上限值；在第一时间长度内，模拟增加丢包数的方法逐渐增加丢包数，在图像质量整体保持良好的情况下记录此时的丢包数，作为丢包数区间的下限值；更换其他档位码率测试，得到不同档位码率在第一时间长度内允许的丢包数区间。在其中的一个实施方式中，所述步骤s20具体为：利用wifirssi估计感知技术，通过获取rssi值来监测网络质量突变情况；在104us内进行基带iq功率积分得到rssi的瞬时值，然后在1秒内对8192个rssi的瞬时值进行平均，得到rssi的平均值作为rssi值。本发明提供的一种智能网关动态转换码率的系统，包括：丢包数统计模块，在移动终端接收节目流后，周期性统计丢包数，并与预设的丢包数区间进行比较，如果丢包数在丢包数区间范围内，则不通知智能网关，如果超出丢包数区间的上限则通知智能网关降低码率，如果低于丢包数区间的下限，则通知智能网关提高码率；网络信号强度感知模块，实时监测移动终端接收到的网络信号强度，获取网络信号强度的陡变量并与预设陡变量进行比较，若超过预设陡变量则进行软中断触发向移动终端发送中断请求；丢包数统计模块在移动终端接收到中断请求后，停止统计丢包数并重新开始周期性统计丢包数。在其中的一个实施方式中，所述丢包数统计模块设计两个时间长度的采样周期，第一时间长度和第二时间长度；所述第一时间长度为长的时间周期，第二时间长度为短的时间周期，用于移动终端首次接收节目流和出现中断请求时使用。在其中的一个实施方式中，所述丢包数统计模块预先通过计算和测试设定多个档位码率下第一时间长度内允许丢包数的丢包数区间，来对丢包数进行比较。在其中的一个实施方式中，所述丢包数统计模块将智能网关转码后输出的节目流设置到usb口，通过usb口直接连接到pc机，控制智能网关设定多个档位码率的节目流；在pc机上将接收到的数据包随机丢弃，将处理过的节目流送到图像监视器，进行图像观察，同时将处理过的节目流送到码流分析仪进行实时分析；选定一个码率的节目流输出，在pc机上逐步加大丢包数，观察出现的图像质量状况，若出现的马赛克超过设定值，则记录下此时的丢包数和码流分析仪记录的图像宏块丢失数；重复上述测试多次，对记录的丢包数取平均值作为丢包数区间的上限值；在第一时间长度内，模拟增加丢包数的方法逐渐增加丢包数，在图像质量整体保持良好的情况下记录此时的丢包数，作为丢包数区间的下限值；更换其他档位码率测试，得到不同档位码率在第一时间长度内允许的丢包数区间。在其中的一个实施方式中，所述网络信号强度感知模块利用wifirssi估计感知技术，通过获取rssi值来监测网络质量突变情况；在104us内进行基带iq功率积分得到rssi的瞬时值，然后在1秒内对8192个rssi的瞬时值进行平均，得到rssi的平均值作为rssi值。本发明智能网关动态转换码率的方法及系统，利用周期性统计丢包数和rssi估计感知技术，两者结合来对网络质量出现渐变和突变的情况进行监控，根据监测到的网络质量来调整转换合适的码率，以保证输出视频图像的质量，避免在网络信号质量变差时输出的图像画面出现马赛克或卡顿的现象，保证智能网关输出的节目图像的质量，使节目画面都能平滑流畅。附图说明图1是一个实施例中的智能网关动态转换码率的方法的流程图；图2是一个实施例中的智能网关动态转换码率的系统结构图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。数据包(承载了视频数据的udp包)，丢包率(losstolerance或packetlossrate)数据传输中所丢失数据包数量占所发送数据包的比率；rssi(receivedsignalstrengthindication)接收的信号强度指示。移动终端在一个空间内逐步远离智能网关时，网络信号强度是逐渐衰减的过程，同时也是丢包数和丢包率逐渐增多的过程。针对这种现象，可利用周期性统计分析丢包数或者丢包率来分析网络质量，以计算出适合当前网络质量的码率。当移动终端从一个空间进入另一个空间发生信号遮挡时，移动终端能接收到的网络信号强度会瞬间出现大幅度的变化，利用这一特性可以利用rssi估计感知技术，监测网络信号强度来监测网络信号发生突变的情况。本发明方法利用周期性统计丢包数和rssi估计感知技术，两者结合来对wifi网络质量进行监测，根据监测到的网络质量来调整转换码率，以保证输出视频图像的质量，具体的：结合图1，首先将移动终端通过wifi网络接入智能网关，控制智能网关根据移动终端发送的请求选择对应的节目，按照预先设定的码率对节目进行转码并通过wifi网络将节目流发送给移动终端。然后步骤s10：在移动终端接收节目流后，周期性统计丢包数，并与预设的丢包数区间进行比较，如果丢包数在丢包数区间范围内，则不通知智能网关，如果超出丢包数区间的上限则通知智能网关降低码率，如果低于丢包数区间的下限，则通知智能网关提高码率。步骤s10周期性统计丢包数来分析网络质量渐变情况。周期性对丢包数目进行统计能够避免瞬间丢包数过大而产生误判。丢包数采用周期性统计，能够屏蔽因为随机丢包而导致的误判，采样周期越长，统计就越准确。根据应用的实际情况，该步骤设计两个时间长度的采样周期，第一时间长度t1和第二时间长度ts。其中ts为短的时间周期(数秒)，用于移动终端首次接收节目流和出现中断请求时使用，主要是对新的网络环境进行丢包数的及时采集，以便快速评估出网络质量。tl为长的时间周期(数倍于ts)，以便比较精确统计丢包数。由于引起视频播放出现马赛克和卡顿现象的最直接原因就是出现数据包丢失，丢包数的大小直接影响移动终端节目的图像质量。在无线通信环境影响丢包数的两个关键因素：码率和信号强度，码率越大丢包越多，信号强度越小，丢包越大。如果将丢包数控制在一个合理的范围内，视频观看就会有好的效果。故该步骤预先通过计算和测试设定多个档位码率下第一时间长度tl内允许丢包数的丢包数区间，来对丢包数进行比较。具体的，第一时间长度tl允许的丢包数区间获取方法如下：将智能网关转码后输出的节目流设置到usb口，通过usb口直接连接到pc机(目的是将外界对网络的干扰降到最低)，控制智能网关设定多个档位码率(a/b/c……n)的节目流。在pc机上将接收到的数据包随机丢弃(模拟实际wifi网络的丢包情况)，将处理过的节目流送到图像监视器，进行图像观察，同时将处理过的节目流送到码流分析仪进行实时分析。丢包数目可以设定并可实现动态调整，在tl周期内，对丢包数按照时间轴随机分布设置，尽可能模拟网络出现丢包的情况。码流分析仪用于记录因数据包丢失而产生的图像宏块丢失数。因为图像帧的丢失会引起图像停顿，图像宏块的丢失会出现马赛克，出现马赛克的概率大许多，因此对图像宏块丢失数的统计，可以直接反映图像质量。选定一个码率(比如b)的节目流输出，在pc机上逐步加大丢包数，观察出现的图像质量状况，若出现的马赛克超过设定值，则认为是一个劣化状态，记录下此时的丢包数和码流分析仪记录的图像宏块丢失数。重复上述测试多次，对记录的丢包数取平均值作为丢包数区间的上限值。在第一时间长度tl内，模拟增加丢包数的方法逐渐增加丢包数，在图像质量整体保持良好的情况下记录此时的丢包数，作为丢包数区间的下限值。更换其他档位码率测试，得到不同档位码率在第一时间长度内允许的丢包数区间。结合表1，将码率自大而小，设置成若干档，例如：a、b、c……n，每档降低一定间隔的码率。考虑到丢包数有一个可接受范围的实际情况，分别设定丢包数区间的上限丢包数和下限丢包数。如果丢包数超出上限，就要降低码率，如果丢包数小于下限，则可以提高码率。以a档为例，对应的允许的丢包数区间为ax～az，其中az是a档码率下可接受丢包数的上限，ax是下限。表1视频码率档级允许的丢包数区间aax～azbbx～bzccx～cz…………nnx～nz移动终端接收到节目流后，开始解码播放，同时周期性统计丢包数。如果是首次接收节目流，则采样周期为第二时间长度ts，以便快速对当前网络质量做出判断，随后将采样周期设为第一时间长度tl，以提高统计的精确度。统计丢包数并与各自对应的丢包数区间进行比较，如果丢包数在当前码率允许的丢包数区间内，则不通知智能网关，如果丢包数超出上限则通知降低码率，若低于下限，则通知提高码率。另外，若丢包数超出上限在设定范围内，则直接降低码率到下一档，若丢包数超出上限超出设定范围，则至少降低两档码率。假设现在的播放码率在a档，此时丢包数为p。如果p只是略大于az，则直接转到b档，如果p大于az较多，表明网络质量比较差，则可以考虑先转到c档，先保证有一个可以正常收看的效果，待在c档tl时长后，再评估是否需要将码率转换到b档或d档。当移动终端接收转码后的节目流时，先缓存数据直到接收到一个完整的图像i帧，再开始解码图像。步骤s20：实时监测移动终端接收到的网络信号强度，获取网络信号强度的陡变量并与预设陡变量进行比较，若超过预设陡变量则进行软中断触发向移动终端发送中断请求。步骤s20利用wifirssi估计感知技术，通过获取rssi值来监测网络质量突变情况。移动终端接收的无线网络信号强度，属于mac层，rssi参数受到三个因素影响：路径衰减、遮挡、多径效应，因此通过对rssi参数的分析可以一定程度反映出网络质量。由于rssi值的获取是在反向通道基带接收滤波器之后进行，为了获取反向信号的特征，该步骤在104us内进行基带iq功率积分得到rssi的瞬时值，然后在1秒内对8192个rssi的瞬时值进行平均，得到rssi的平均值作为rssi值。由于wifi的rssi值在搁置不动的情况下都会出现一定幅度的波动，因此简单的波动不能作为判断网络环境发生了变化的依据。故预先设定一个预设陡变量作为发生突变的判断标准，预设陡变量的大小可以通过实验测试来评估设定。通常情况移动终端从一个空间环境进入另一个有遮挡的空间时间很短，往往不会超过1秒。为此，该步骤设计软件中断程序驻留在移动终端中，每隔1秒接收一次rssi值，如果在1～3秒内出现陡变则发出中断请求。步骤s30：在移动终端接收到中断请求后，停止统计丢包数并重新开始周期性统计丢包数。该智能网关动态转换码率的方法，利用周期性统计丢包数和rssi估计感知技术，两者结合来对网络质量出现渐变和突变的情况进行监控，根据监测到的网络质量来调整转换合适的码率，以保证输出视频图像的质量，避免在网络信号质量变差时输出的图像画面出现马赛克或卡顿的现象，保证智能网关输出的节目图像的质量，使节目画面都能平滑流畅。同时，本发明还提供一种智能网关动态转换码率的系统，如图2所示，该系统包括：丢包数统计模块100，在移动终端接收节目流后，周期性统计丢包数，并与预设的丢包数区间进行比较，如果丢包数在丢包数区间范围内，则不通知智能网关，如果超出丢包数区间的上限则通知智能网关降低码率，如果低于丢包数区间的下限，则通知智能网关提高码率。丢包数统计模块100周期性统计丢包数来分析网络质量渐变情况。周期性对丢包数目进行统计能够避免瞬间丢包数过大而产生误判。丢包数采用周期性统计，能够屏蔽因为随机丢包而导致的误判，采样周期越长，统计就越准确。根据应用的实际情况，丢包数统计模块100设计两个时间长度的采样周期，第一时间长度t1和第二时间长度ts。其中ts是一个比较短的时间周期(数秒)，用于移动终端首次接收节目流和出现中断请求时使用，主要是对新的网络环境进行丢包数的及时采集，以便快速评估出网络质量。tl是一个比较长的时间周期(数倍于ts)，以便比较精确统计丢包数。由于引起视频播放出现马赛克和卡顿现象的最直接原因就是出现数据包丢失，丢包数的大小直接影响移动终端节目的图像质量。在无线通信环境影响丢包数的两个关键因素：码率和信号强度，码率越大丢包越多，信号强度越小，丢包越大。如果将丢包数控制在一个合理的范围内，视频观看就会有好的效果。故丢包数统计模块100预先通过计算和测试设定多个档位码率下第一时间长度tl内允许丢包数的丢包数区间，来对丢包数进行比较。具体的，丢包数统计模块100设定第一时间长度tl允许的丢包数区间方式如下：丢包数统计模块100将智能网关转码后输出的节目流设置到usb口，通过usb口直接连接到pc机(目的是将外界对网络的干扰降到最低)，控制智能网关设定多个档位码率(a/b/c……n)的节目流。丢包数统计模块100在pc机上将接收到的数据包随机丢弃(模拟实际wifi网络的丢包情况)，将处理过的节目流送到图像监视器，进行图像观察，同时将处理过的节目流送到码流分析仪进行实时分析。丢包数目可以设定并可实现动态调整，在tl周期内，对丢包数按照时间轴随机分布设置，尽可能模拟网络出现丢包的情况。码流分析仪用于记录因数据包丢失而产生的图像宏块丢失数。因为图像帧的丢失会引起图像停顿，图像宏块的丢失会出现马赛克，出现马赛克的概率大许多，因此对图像宏块丢失数的统计，可以直接反映图像质量。丢包数统计模块100选定一个码率(比如b)的节目流输出，在pc机上逐步加大丢包数，观察出现的图像质量状况，若出现的马赛克超过设定值，则认为是一个劣化状态，记录下此时的丢包数和码流分析仪记录的图像宏块丢失数。重复上述测试多次，丢包数统计模块100对记录的丢包数取平均值作为丢包数区间的上限值。在第一时间长度tl内，丢包数统计模块100模拟增加丢包数的方法逐渐增加丢包数，在图像质量整体保持良好的情况下记录此时的丢包数，作为丢包数区间的下限值。更换其他码率测试，得到不同档位码率在tl时间段内允许的丢包数区间。结合表1，将码率自大而小，设置成若干档，例如：a、b、c……n，每档降低一定间隔的码率。考虑到丢包数有一个可接受范围的实际情况，分别设定丢包数区间的上限丢包数和下限丢包数。如果丢包数超出上限，就要降低码率，如果丢包数小于下限，则可以提高码率。以a档为例，对应的允许的丢包数区间为ax～az，其中az是a档码率下可接受丢包数的上限，ax是下限。表1移动终端接收到节目流后，开始解码播放，同时周期性统计丢包数。如果是首次接收节目流，则采样周期为第二时间长度ts，以便快速对当前网络质量做出判断，随后将采样周期设为第一时间长度tl，以提高统计的精确度。丢包数统计模块100统计丢包数并与各自对应的丢包数区间进行比较，如果丢包数在当前码率允许的丢包数区间内，则不通知智能网关，如果丢包数超出上限则通知降低码率，若低于下限，则通知提高码率。另外，若丢包数超出上限在设定范围内，丢包数统计模块100则直接降低码率到下一档，若丢包数超出上限超出设定范围，丢包数统计模块100则至少降低两档码率。假设现在的播放码率在a档，此时丢包数为p。如果p只是略大于az，则直接转到b档，如果p大于az较多，表明网络质量比较差，则可以考虑先转到c档，先保证有一个可以正常收看的效果，待在c档tl时长后，再评估是否需要将码率转换到b档或d档。当移动终端接收转码后的节目流时，先缓存数据直到接收到一个完整的图像i帧，再开始解码图像。网络信号强度感知模块200，实时监测移动终端接收到的网络信号强度，获取网络信号强度的陡变量并与预设陡变量进行比较，若超过预设陡变量则进行软中断触发向移动终端发送中断请求。网络信号强度感知模块200利用wifirssi估计感知技术，通过获取rssi值来监测网络质量突变情况。移动终端接收的无线网络信号强度，属于mac层，rssi参数受到三个因素影响：路径衰减、遮挡、多径效应，因此通过对rssi参数的分析可以一定程度反映出网络质量。由于rssi值的获取是在反向通道基带接收滤波器之后进行，为了获取反向信号的特征，网络信号强度感知模块200在104us内进行基带iq功率积分得到rssi的瞬时值，然后在1秒内对8192个rssi的瞬时值进行平均，得到rssi的平均值作为rssi值。由于wifi的rssi值在搁置不动的情况下都会出现一定幅度的波动，因此简单的波动不能作为判断网络环境发生了变化的依据。故网络信号强度感知模块200预先设定一个预设陡变量作为发生突变的判断标准，预设陡变量的大小可以通过实验测试来评估设定。通常情况移动终端从一个空间环境进入另一个有遮挡的空间时间很短，往往不会超过1秒。为此，网络信号强度感知模块200设计软件中断程序驻留在移动终端中，每隔1秒接收一次rssi值，如果在1～3秒内出现陡变则发出中断请求。在移动终端接收到中断请求后，丢包数统计模块100停止统计丢包数并重新开始周期性统计丢包数。该智能网关动态转换码率的系统，利用周期性统计丢包数和rssi估计感知技术，两者结合来对网络质量出现渐变和突变的情况进行监控，根据监测到的网络质量来调整转换合适的码率，以保证输出视频图像的质量，避免在网络信号质量变差时输出的图像画面出现马赛克或卡顿的现象，保证智能网关输出的节目图像的质量，使节目画面都能平滑流畅。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12