专利名称：一种控制视频速率的系统、基站及方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种控制视频速率的系统、基站及方法。
背景技术：
视频通信，特别是实时视频通信，预计将成为长期演进(LTE，Long TermEvolution)无线网络中的主要通信业务形式。由于无线资源的稀缺，从运营商角度来说，一个好的基于LTE的视频通信系统应该能够达到最大的系统容量，即支持最多的用户数，同时还能够提供满意的用户体验，比如接收视频质量，视频连续度等。在无线网络中，丢包主要由两种原因造成:网络拥塞和随机无线信道错误。同随机无线信道错误一样，低带宽或者波动带宽网络中网络拥塞导致的丢包会严重影响系统容量和用户体验。发送速率控制技术能够降低或者避免网络拥塞。所以，研发能够自适应于网络状况的速率控制技术对于无线多媒体应用尤为重要。对于实时视频应用，发送速率的控制可以通过动态改变应用层的视频编码参数(例如，量化步长)来实现。网络拥塞状况还与物理层传输参数(比如调制编码方案(MCS，Modulation and Coding Scheme))密切相关。现有的控制视频速率的方法主要是针对有线网络的基于用户端反馈的传输层速率控制技术。该方法中，发送速率的调整是基于用户端的反馈信息进行的。这些反馈信息，包括丢包概率、时延、或者其他服务质量(QoS)参量，被认为可以直接反映网络的拥塞状况。发送端基于这些反馈信息通过方程式计算出合适的发送速率。上述不适于无线网络中的发送速率调整。因为现有技术只考虑网络拥塞导致的丢失事件。而无线网络中，除网络拥塞导致的丢失事件外，无线信道随机错误也会造成丢包。而且，无线信道随机错误引起的重传也会影响网络的拥塞状况。另外，现有传输层速率控制技术主要是基于接收端的反馈信息。由于反馈机制本身的时延，导致速率调整总是滞后于网络拥塞和丢失事件的发生，造成无法避免由网络拥塞导致的丢失事件对接收视频质量的不利影响。有技术中难以找到一种适用于无线网络，且不需要接收端反馈、能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩的参数的动态调整，能够考虑所有传输时延的视频速率调整方案。
发明内容
本发明实施例提供一种控制视频速率的系统、基站及方法，在控制视频速率时，能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩的参数的动态调整。本发明实施例提供了一种控制视频速率的系统，，所述系统包括:服务器，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述 视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给基站；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给基站；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给基站；基站，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。本发明实施例还提供了一种基站，所述基站包括:编码模块，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给控制模块；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；控制模块，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。本发明实施例还提供了一种基站，所述基站包括:控制模块，用于根据信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器侧；根据估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器侧，将所述传输参数传递给排队调度模块；其中，所述信息比特数是服务器采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩，获得的应用每种编码参数压缩后的信息比特数；所述估计视频失真值是服务器侧根据接收到的估计的丢包率计算后获得的；排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。本发明实施例还提供了一种控制视频速率的方法，包括:接收对应每种编码参数压缩后的信息比特数；其中，所述对应每种编码参数压缩后的信息比特数是依次采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩后获得的；接收系统状态参数；根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延；根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数；按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩；按照所 述传输参数给所述编码块分配无线资源。应用本发明实施例，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自于视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈信息，能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。图1是根据本发明实施例的控制视频速率系统的工作模型图；图2a是根据本发明实施例的控制视频速率的一种系统结构示意图；图2b是根据本发明实施例的控制视频速率的另一种系统结构示意图；图3是根据本发明实施例的控制视频速率的方法流程图；图4是基于图1、2所示系统的交互流程图；图5是根据本发明实施例的试验系统框图；图6是第η帧视频编码图像结构示意图； 图7是实例一中对于一个用户的视频片i所对应的所有操作点的组合；图8是根据本发明实施例的一种基站的结构示意图；图9是根据本发明实施例的另一种基站的结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例所提供的控制视频速率的系统、基站及方法不需要接收端的反馈信息；所需要的网络状况信息(如网络丢包和数据包时延情况等)均在发送端计算得出。本发明实施例所述系统的工作模型如图1所示。该系统是一个多用户系统，主要包括三个模块:编码模块、控制模块和排队调度模块。编码模块的功能是对输入视频进行压缩。每一个用户对应于一个编码器；编码器的编码参数值有多个可选操作点；不同的操作点会导致编码器输出不同的信息速率以及视频压缩失真。编码模块可以被放在网络服务器端，也可以被放在基站侧。如果假定视频编码模块处于基站侧，则基站应该具有对于从服务器输入的视频流进行先解码后再编码的功倉泛。排队调度模块的功能是对视频压缩比特流按一定的优先级分配无线资源以进行发送。在该模块中，每一个用户对应于一个队列；从应用层编码模块输出的视频流数据进入队列等候排队调度模块提供的发送服务；发送速率的大小取决于物理层无线信道状况以及传输参数的选择。排队调度模块处于基站侧。控制模块的功能包括:与编码模块和排队调度模块交互获得各种参数(如编码参数和传输参数等)取值下的网络状况和视频失真信息；使用优化算法确定各参数的最佳操作点并传递给参数所在模块。本发明实施例把控制模块放在基站侧，从而更靠近时变的无线信道，能够更及时地估计网络状况。
参见图2a，其是根据本发明实施例的控制视频速率的系统结构示意图，本发明实施例所述系统包括:编码模块201，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；上述编码模块可以位于基站或服务器侧，当编码模块位于基站侧时，该基站具有对于从服务器接收到的视频编码数据先解码再编码的功能。控制模块202，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；排队调度模块203，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。其中，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。其中所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和调制编码方案(MCS)。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合:时间传输间隔(TTI, Transmission Time Interval),资源块(RB, Resource Block),调度块(SB,Scheduling Block)。上述控制模块估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和随机无线信道错误，基于排队理论估计出`系统当前的丢包率和时延。上述优化算法根据优化目标确定。所谓根据优化目标确定是根据需要优化的目标确定优化算法。例如，优化目标是“保证一定视频质量的前提下最大系统容量”，此时的优化算法是:控制模块接受编码模块传递的视频失真评估值，找出失真评估值小于某一门限(试验证明37db为肉眼可接受的视频质量的一个临界值)时的所有参数组合(该组合包括编码参数和传输参数等)，然后用这些参数组合，模拟计算可支持的用户数(支持的用户数越多，系统容量越大)，找出支持用户数最多的那组参数，则这组参数包含的编码参数和传输参数，则为控制模块优化算法确定的最佳编码参数值和最佳传输参数值。当然，优化目标还可以是“保证一定用户数量的前提下最大系统容量”，或者，优化目标还可以是“保证优质视频质量的前提下最大系统容量”等等。可见，优化目标是可以根据用户需求而确定的，相应的，所使用的优化算法是为了保证优化目标得以实现的算法。上述控制模块和排队调度模块位于基站侧。需要说明的是，如果上述编码模块201位于服务器上，上述控制模块202和排队调度模块203位于基站侧，则根据本发明实施例的控制视频速率的系统如图2b所示，具体包括:服务器204，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给基站；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给基站；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给基站；基站205，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。当然，所述视频编码单元可以为视频图像帧或视频片Slice。所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。所述系统状态参数还包括以下其中之一或任意组合:时间传输间隔TTI，资源块RB，调度块SB。应用本发明实施例提供的系统，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而 导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自于视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。参见图3，其是根据本发明实施例的控制视频速率的方法流程图，本实施例所述的方法应用于图1、2所提供的系统，具体包括:步骤301，控制模块接收来自编码模块的对应每种编码参数压缩后的信息比特数；其中，所述对应每种编码参数压缩后的信息比特数是编码模块依次采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩后获得的；步骤302，接收来自排队调度模块的系统状态参数；步骤303，根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；步骤304，控制模块接收来自编码模块的根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；以使编码模块按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；由排队调度模块按照所述传输参数给所述编码块分配无线资源。上述视频编码单元为视频图像帧或视频片Slice。上述系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和调制编码方案(MCS)。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合:时间传输间隔(TTI, Transmission Time Interval),资源块(RB, ResourceBlock),调度块(SB,Scheduling Block)。上述传输参数可以仅包括MCS，还可以包括除MCS之外的以下其中之一或任意组合:TTI, RB, SB 等。上述控制模块估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和随机无线信道错误，基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延。
上述优化算法根据优化目标确定。上述编码模块位于基站或服务器端。上述控制模块和排队调度模块位于基站。应用本发明实施例提供的方法，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自与视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。参见图4，其是基于图1、2所示系统的交互流程图，本实施例具体包括:步骤401，编码模块接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数；步骤402，编码模块将所获得的应用每种编码参数压缩后的信息比特数传递给控制丰旲块;步骤403，控制模块从排队调度模块获得系统状态参数；该系统状态参数至少包括LTE编码块大小(LTE coding block size)和MCS。除此之外，系统状态参数还可以包括以下其中之一或任意组合:TTI，RB, SB。步骤404 405，控制模块根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将 估计的丢包率传输给编码模块；具体的，控制模块可以根据网络拥塞和随机无线信道错误，并基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延；步骤406 407，编码模块根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；具体的计算方法同现有技术，在后面的实例中再详细说明。步骤408 409,控制模块根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块；上述优化算法根据优化目标确定。上述传输参数可以仅包括MCS，还可以包括除MCS之外的以下其中之一或任意组合:ΤΤΙ, RB, SB 等。步骤410 411，编码模块按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给排队调度模块；步骤412，排队调度模块按照所述传输参数给所述编码块分配无线资源。应用图4所示方法，最终通过排队调度模块的调度，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。而且由于所有数据均来自与视频数据的发送端，因而不需要最终接收视频数据的接收端(如用户端)反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整；而且，由于本发明实施例中通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。为了验证方案的可行性，进行了仿真试验。参见图5，其是根据本发明实施例的试验系统框图，每一用户的每一个视频片slice被当作一个视频编码单元。本例中，编码模块由编码器来实现，控制模块由控制器来实现，排队调度模块由排队调度器来实现。假定视频帧中的一个slice包括一行宏块(macroblock)。将视频压缩中的量化步长(QP)用作调整输出速率的视频编码参数，把物理层的MCS当作需要优化的传输参数。每一个slice对应的压缩信息比特对应于一个数据包。根据LTE系统参数，把数据包分成若干个相同长度的编码块(coding block)，本实施例中假设每个编码块包括6个资源块。实例一:具体操作步骤如下:(I)编码器采用不同QP值压缩输入视频对于一个给定的视频编码单元slice，不同的QP值会导致不同的压缩比特数。编码器把编码后所得的表I所示的压缩比特数信息传递给控制器。表I编码器传递给控制器的信息
权利要求
1.一种控制视频速率的系统，其特征在于，所述系统包括: 服务器，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给基站；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给基站；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩，将压缩后的编码块传递给基站； 基站，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片 Slice。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统状态参数还包括以下其中之一或任意组合:时间传输间隔TTI，资源块RB，调度块SB。
5.—种基站，其特征在于，所述基站包括: 编码模块，用于接收输入的视频图像，对接收到的视频图像划分为视频编码单元，依次采用不同的编码参数对所述视频编码单元进行压缩，获得应用每种编码参数压缩后的信息比特数，将所述信息比特数传送给控制模块；根据接收到的估计的丢包率计算估计视频失真值，将所述估计视频失真值传递给控制模块；按照接收到的最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩 ，将压缩后的编码块传递给排队调度模块； 控制模块，用于根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给编码模块；根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给编码模块，将所述传输参数传递给排队调度模块； 排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片 Slice。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。
8.—种基站，其特征在于，所述基站包括: 控制模块，用于根据信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延，将估计的丢包率传输给服务器侧；根据估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数，将所述最佳视频编码值传递给服务器侧，将所述传输参数传递给排队调度模块；其中，所述信息比特数是服务器采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩，获得的应用每种编码参数压缩后的信息比特数；所述估计视频失真值是服务器侧根据接收到的估计的丢包率计算后获得的；排队调度模块，用于获得系统状态参数，将所述系统状态参数传递给控制模块；按照接收到的所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
9.一种控制视频速率的方法，其特征在于，包括: 接收对应每种编码参数压缩后的信息比特数；其中，所述对应每种编码参数压缩后的信息比特数是依次采用不同的编码参数对视频编码单元进行压缩后获得的； 接收系统状态参数； 根据所述信息比特数和系统状态参数估计系统当前的丢包率和时延； 根据所述估计的丢包率计算估计视频失真值，根据所述估计视频失真值、估计的系统当前时延通过优化算法确定最佳视频编码值和传输参数； 按照所述最佳视频编码值对所述视频编码单元进行压缩； 按照所述传输参数给所述编码块分配无线资源。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述视频编码单元为视频图像帧或视频片 Slice。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述系统状态参数至少包括LTE编码块大小和调制编码方案MCS。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述系统状态参数还包括以下其中之一或任意组合:时间传输间隔TTI，资源块RB，调度块SB。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述估计系统当前的丢包率和时延的方式包括，根据网络拥塞和·随机无线信道错误，基于排队理论估计出系统当前的丢包率和时延。
全文摘要
本发明实施例公开了一种控制视频速率的系统、基站及方法，所述系统包括编码模块、控制模块和排队调度模块。应用本发明实施例，能够有效避免无线网络中因网络拥塞而导致的丢失事件。不需要最终接收视频数据的接收端反馈任何信息，就能够根据网络状况进行基于视频内容的视频压缩参数的动态调整。而且，由于本发明实施例通过所获取的系统状态参数考虑了所有传输时延，避免了不能考虑传输层上不同数据包到达速率下的数据包的端到端时延的情况。
文档编号H04N7/26GK103248884SQ20121003263
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者张伟, 张锦芳, 李波杰, 慈松, 彭程晖 申请人:华为技术有限公司