一种音视频以太网传输方法及其系统与流程

本发明涉及一种音视频传输技术，尤其涉及一种低延时音视频传输方法及其系统。

背景技术：

随着数字媒体的不断发展，音视频的传输愈加频繁，对传输的质量、时间的要求也愈加严格。目前的低延时编解码系统的延时普遍低于40ms，与以前延时在800～1000ms的普通编解码系统相比，对码率抖动的抗性不高。图1为专有介质传输系统的示意图，在使用该专用介质传输的系统中，码流经过专用介质传输后，其原始码率正常保留，码流速度平稳，时钟信息到达时间确定。因此可以直接把接收到的码流解复用后直接传输至解码器解码。码流中含有编码端时钟信息，用于远端解码器解码的时钟恢复。由于该系统时钟信息到达时间确定，解码端可以利用时间信息对解码时钟进行恢复，保证系统编码和解码的同步性能。

相比较于专用介质的传输，使用以太网进行传输的音视频系统可以有更远的传输距离，更低的布线成本，更灵活的传输方案，但是由于低延时编解码系统整体编解码延时不超过40毫秒，导致解码器缓冲器空间非常小，系统将对码流速率变化极为敏感。同时，码流经以太网传输后，其原始码率已丢失，码流速度呈现出剧烈波动状态，时钟信息到达时间也不确定。在存在时钟偏差的情况下，解码延时无法控制，长时间运行后会导致解码错误，延时性能劣化等现象。为解决上述问题，本发明提供了一种低延时音视频传输方法及其系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低延时音视频传输方法及其系统，用于保证在码流数据不丢失、解码端时钟与编码端时钟保持同步的情形下，完成音视频的低延时传输。

为了实现上述目的，本发明提供的一种技术方案是：一种音视频以太网传输方法，所述传输方法基于至少编码系统、解码系统和以太网传输系统；其中，所述编码系统和解码系统分别包括至少一个以太网端口；

所述传输方法至少包括以下步骤：

(1)对音视频进性编码，生成音视频码流和时间信息；

(2)复用所述音视频码流和所述时间信息，形成码流；

(3)所述码流通过所述以太网传输系统传输至解码系统；

(4)所述解码系统通过所述以太网端口接收所述码流，并缓冲所述码流；

(5)数据平滑统计所述码流；

(6)同步生成解码时钟；

(7)根据所述解码时钟恢复所述码流的原始速率；

(8)解码所述码流，恢复音视频信息。

其中，所述步骤(4)包括检测所述码流的缓冲状态。

其中，所述步骤(6)包括计算预设水位，并使用时钟控制算法生成解码时钟；

其中，所述步骤(7)包括解复用所述码流，并解码所述码流中的时间信息，同时，统计所述码流的数据量。

为了实现上述方法，本发明还提供了一种音视频以太网传输系统，所述系统包括以太网系统和至少两个终端系统，所述终端系统至少包括编码系统和解码系统；

其中，所述编码系统至少包括：

编码器，用于对音视频编码，生成音视频码流，以及对音视频时钟编码，生成时间信息；

复用器，用于复用所述音视频码流和所述时间信息，生成码流；以及至少一个以太网端口，用于发送所述码流；

所述解码系统至少包括：

至少一个以太网端口，用于接收码流数据；

缓冲器，用于缓冲所述码流；

平滑器，用于数据平滑统计所述码流；

时钟模块，用于同步生成解码时钟；

时钟恢复器，用于根据所述解码时钟恢复所述码流的原始速率；和

解码器，用于解码所述码流，恢复音视频信息。

其中，所述缓冲器包括状态检测模块，用于检测所述码流的缓冲状态。

其中，所述时钟模块还用于计算预设水位，并使用时钟控制算法生成解码时钟。

其中，所述时钟恢复器包括时钟恢复模块，用于解复用所述码流，并解码所述码流中的时间信息，同时，统计所述码流的数据量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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替代实施方式。

图1为采用专用介质进行音视频传输的系统示意图。

图2为本发明提供的使用以太网进行音视频传输的编码系统示意图。

图3为本发明提供的使用以太网进行音视频传输的解码系统示意图。

发明效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)使用本发明提供的音视频以太网传输方法和系统可以有更远的传输距离，更低的布线成本，更灵活的传输方案；

(2)本发明提供的方法和系统可以解决，在低延时下解码器缓冲器空间非常小，系统将对码流速率变化极为敏感的问题。同时，保证码流经以太网传输后，仍按其原始码率进行音视频输出。

(3)本发明提供的方法和系统具有稳定性，在存在时钟偏差的情况下，也不会出现解码延时无法控制、长时间运行导致解码错误、延时性能劣化等现象。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不构成对本发明的保护范围的限制。

本实例提供了一种音视频以太网传输系统，包括以太网系统、编码系统和解码系统；其中，所述编码系统至少包括编码器、复用器、以太网端口和其他必要的组件；所述解码系统至少包括以太网端口、缓冲器、平滑器、时钟模块、时钟恢复器、时钟恢复模块、解码器和其他必要组件。其中，根据上述系统进行音视频以太网传输的步骤流程如下：

编码系统如图2所示，编码器对要传输的音视频进行编码，包括音视频编码和时钟编码，其中，时钟编码生成编码时钟，进一步生成时钟信息(pcr_enc)，音视频编码根据编码时钟生成音视频码流，根据编码时钟进行编码速率控制，生成码流输出时钟；最后，复用器根据时钟信息和码流输出时钟对音视频码流进行复用，生成码流，通过以太网端口发送至解码系统。

解码系统如图3所示，缓冲器缓冲接收的码流后，根据时间信息(pcr)到达时间对缓冲器状态进行采样，状态检测模块根据缓冲水位采样得到缓冲水位(buff_level)。

平滑器使用无限冲击响应低通滤波器(iirlpf)对缓冲水位(buff_level)进行处理，消除高频干扰，得到平均缓冲水位(bufflevel_avg)。

使用工业控制中常用的pid控制算法作为时钟控制算法，由数据平滑模块得到的平均缓冲水位(bufflevel_avg)作为时钟模块的输入，与预设缓冲水位(bufflevel_ref)进行比较，得出时钟误差，经pid算法计算后得到时钟控制量(clock_ctr)作为输出，以生成解码时钟，解码时钟进一步生成时钟信息(prc_dec)。

时钟恢复器接收时钟信息，其中，时钟恢复模块对码流解复用得到码流的时间信息数据包，解码该数据包以提取时间信息(pcr_ts)间隔，并根据统计间隔计算数据量(data_bytes)；

时钟恢复器估算速率(rate)，其中：

rate＝databytes/(pcr_n–pcr_n-1)；

并通过有限冲激响应低通滤波器(firlpf)对码率(rate)进行平滑得到平均码率(rate_avg)以应对异常状态。

时钟恢复器根据速率控制缓冲器输出平稳的码流。

最后，解码器根据时钟信息对平稳的码流进行解码，输出音视频。

根据上述的方法步骤及其对应装置，本实例在两种网络环境下进行了音视频传输测试，测试结果如下表1、表2所示：

表1

表2

以上对本发明所提供的一种音视频以太网传输方法及其系统进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。