一种基于tcp协议的流媒体无线自适应传输方法
【专利摘要】本发明涉及音视频数据传输【技术领域】，公开了一种基于TCP协议的流媒体无线自适应传输方法，该方法利用TCP协议传输数据可靠的特点，采用TCP协议把音视频数据用固定长度的数据包头进行封装，同时设置双缓冲区分别进行音视频数据包存储和发送，根据网络的实时状况，通过丢包和调节帧率，来自适应于无线信道带宽的变化，从而减少网络拥塞状况。利用这个原理，不仅保证了TCP协议原有的传输可靠性，而且减少了视频传输的延迟，较好地实现了音视频数据基于无线网络的高质量传输。
【专利说明】一种基于TCP协议的流媒体无线自适应传输方法
【技术领域】
[0001]本发明属于音视频数据传输【技术领域】，具体涉及一种基于TCP协议的流媒体无线自适应传输方法。
【背景技术】
[0002]在目前的各种应急通信系统方案中，应急音视频通信终端与指挥中心的音视频数据传输主要基于3G等无线网络实施，在这种应用场合下，网络环境的复杂性要远远超过传统的有线网络，比如无线网络的低带宽、高误码等特点，使得传统的基于有线网络设计的音视频通信终端效果总是不尽人意，表现为延时、抖动、花屏，甚至出现音视频传输中断等，而这在应急通信中是无法令人接受的。因此如何基于各类无线网络，尤其是电信、移动等公司的3G无线网络进行音视频数据的高质量传输是急需解决的一个现实问题。
[0003]目前应急通信采用的无线传输网络主要有两种:电信、联通的3G网络和移动的4G网络等公用无线宽带网络，以及专用无线电台。由于3G/4G等公用无线宽带网络无论是在网络覆盖面、无线网络应用成本等各个方面都存在非常明显的经济优势，这种网络也成为无线多媒体传输系统的主要网络。基于终端的标准化和应急通信系统的兼容性考虑，几乎所有应急通信平台均采用IP传输技术，因此目前的基于无线网络的多媒体通信传输技术也几乎全部是基于TCP/IP协议的，主要有以下两种:
[0004](I)基于 UDP 协议。
[0005]UDP协议的特点是面向无连接的不可靠传输，也即UDP协议对分组的超时或丢弃不敏感。在有线网络中，由于网络的低误码率、高吞吐量，以及接收终端的强计算能力和纠错能力，因而在有线网络中，基于UDP协议的多媒体传输可以得到较好的效果。然而，相对于有线网络，无线网络中存在大量计算能力受限的弱终端，它们的纠错能力和缓存能力都较弱，所以对于分组的缺失非常敏感。更为严重的是，传统的单纯基于UDP协议的流媒体传输方式由于没有拥塞控制机制，所以在网络发生拥塞时仍然会向网络中注入大量数据包，导致发生拥塞的路由将分组丢弃，进而造成终端恢复视频质量的急剧下降，严重时将导致接收终端(解码器)崩溃。
[0006](2)基于 TCP 协议。
[0007]最近的研究表明，越来越多的流式媒体采用TCP而非UDP作为传输协议。但是，目前TCP协议的实现(如TCP-Reno、TCP-NewReno, TCP-SACK)都把数据包的丢失作为网络拥塞的指示，进而将拥塞窗口减半，造成发送速率呈现较大的抖动性，影响了接收端的显示效果。尤其在无线高误码率网络下，丢包在很大程度上是由于链路错误而非拥塞。盲目进入拥塞控制，会导致网络利用率降低，影响接收效果。
【发明内容】
[0008]针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于TCP协议的流媒体无线自适应传输方法，该方法不仅保留了 TCP协议原有的传输可靠性，而且减少了视频传输的延迟，较好地实现了音视频数据基于无线网络的高质量传输。
[0009](I)以帧率初始值Vtl进行音视频的编码；对编码后音视频流中的I帧、P帧和B帧进行数据分割，得到多个数据分片；
[0010](2)对于任意一个数据分片，对其封装数据包头后形成数据包；依次遍历每个数据分片；
[0011](3)开辟内存为ki的存储缓冲区，将封装后的数据包存放到存储缓冲区内；
[0012](4)根据存储缓冲区存放情况，以丢包、调节帧率的方法来管理存储缓冲区。
[0013](5)设置TCP发送缓冲区大小为k2，根据TCP发送缓冲区存放情况，以把存储缓冲区最早一帧的数据包发送至TCP发送缓冲区或者等待TCP发送缓冲区的数据包发送完毕。
[0014]进一步的，所述的数据包头内依次包含:帧类型、帧尾标记、数据压缩格式、序列号、时间戳和分片长度。
[0015]进一步的，所述步骤(4)中，如果存储缓冲区已满并且存储缓冲区最早帧是I帧，则丢弃最早I帧的下一个I帧之前的所有I帧、B帧、P帧数据包，并降低编码帧率至Vb ;如果存储缓冲区已满并且存储缓冲区最早帧不是I帧，则丢弃下一个I帧之前的所有B帧、P帧，并降低编码帧率至Vb ;减速后的编码帧率公式为:vb = (l-k)\，其中，vb为减速后的编码帧率，Vj为减速前的编码帧率，k为给定的帧率调节系数。
[0016]进一步的，所述步骤(4)中，如果存储缓冲区未满并且空余小于等于1/n，则继续保持原来帧率Vi ;如果存储缓冲区未满并且空余大于1/η，η是缓冲区的空余系数，则提高编码帧率至va，加速后的编码帧率计算公式为:va= (l+k)Vi，其中，va为加速后的编码帧率，Vi为加速前的编码帧率，k为给定的帧率调节系数。
[0017]进一步的，所述步骤(5)中，如果TCP发送缓冲区已满，则等待TCP发送缓冲区的数据包发送完毕；如果TCP发送缓冲区为空，则把存储缓冲区最早一帧的数据包发送至TCP发送缓冲区。
[0018]另夕卜，上述V k2、η均为大于I的自然数。
[0019]本发明的有益效果是，本发明利用TCP协议传输数据可靠的特点，采用TCP协议把音视频数据用固定长度的数据包头进行封装，同时设置双缓冲区分别进行音视频数据包存储和发送，根据网络的实时状况，通过丢包和调节帧率，来自适应于无线信道带宽的变化，从而减少网络拥塞状况。利用这个原理，不仅保证了 TCP协议原有的传输可靠性，而且减少了视频传输的延迟，较好地实现了音视频数据基于无线网络的高质量传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为发送端数据存储线程的工作流程示意图；
[0021]图2为发送端数据发送线程的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明的技术方案进行详细说明。
[0023]如图1和图2所示，一种基于TCP协议的流媒体无线自适应传输方法，包括如下步骤:
[0024](I)以帧率初始值Vtl = 5帧/秒进行音视频的编码；对编码后音视频流中的I帧、P帧和B帧进行数据分割，得到多个数据分片；每个数据分片以600个字节为单位，I帧、P帧、B帧或音频流的最后一个数据分片，可以为不足600个字节的数据分片。
[0025]I帧表示视频流中的关键帧，P帧表示当前帧与前一帧的差别，B帧表示当前帧与前后两帧的差别。
[0026](2)对于任意一个数据分片，对其封装数据包头后形成数据包；依次遍历每个数据分片；
[0027]数据包包含数据包头和数据分片两部分，具体结构如表1所示；其中数据包头包含帧类型、帧尾标记、数据压缩格式、序列号、时间戳和分片长度，其结构如表2所示；数据分片则直接存放所要传输的视音频数据。
[0028]表1
[0029]
【权利要求】
1.一种基于TCP协议的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)以帧率初始值Vo进行音视频的编码；对编码后音视频流中的I帧、P帧和B帧进行数据分割，得到多个数据分片； (2)对于任意一个数据分片，对其封装数据包头后形成数据包；依次遍历每个数据分片; (3)开辟内存为Ic1的存储缓冲区，将封装后的数据包存放到存储缓冲区内； (4)根据存储缓冲区存放情况，以丢包、调节帧率的方法来管理存储缓冲区； (5)设置TCP发送缓冲区大小为k2，根据TCP发送缓冲区存放情况，以把存储缓冲区最早一帧的数据包发送至TCP发送缓冲区或者等待TCP发送缓冲区的数据包发送完毕。
2.根据权利要求1所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，所述的数据包头内依次包含:帧类型、帧尾标记、数据压缩格式、序列号、时间戳和分片长度。
3.根据权利要求1所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中，如果存储缓冲区已满并且存储缓冲区最早帧是I帧，则丢弃最早I帧的下一个I帧之前的所有I帧、B帧、P帧数据包，并降低编码帧率，减速后的编码帧率为Vb。
4.根据权利要求1所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中，如果存储缓冲区已满并且存储缓冲区最早帧不是I帧，则丢弃下一个I帧之前的所有B帧、P帧，并降低编码帧率，减速后的编码帧率为vb。
5.根据权利要求3或4所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，减速后的编码中贞率计算公式为:vb = (l_k)Vj,其中，Vb为减速后的编码巾贞率，Vj为减速前的编码巾贞率，k为给定的帧率调节系数。
6.根据权利要求1所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中，如果存储缓冲区未满并且空余小于等于1/n，则继续保持原来帧率Vi，其中，η是缓冲区的空余系数。
7.根据权利要求1所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(4)中，如果存储缓冲区未满并且空余大于1/η，则提高编码帧率，加速后的编码帧率为Va，其中，η是缓冲区的空余系数。
8.根据权利要求7所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，加速后的编码帧率计算公式为:va = (l+k)Vi，其中，va为加速后的编码帧率，Vi为加速前的编码帧率，k为给定的帧率调节系数。
9.根据权利要求1所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(5)中，如果TCP发送缓冲区已满，则等待TCP发送缓冲区的数据包发送完毕。
10.根据权利要求1所述的流媒体无线自适应传输方法，其特征在于，所述步骤(5)中，如果TCP发送缓冲区为空，则把存储缓冲区最早一帧的数据包发送至TCP发送缓冲区。
【文档编号】H04L29/08GK104135486SQ201410394809
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】赵益民 申请人:浙江奇汇电子提花机有限公司