專利名稱：一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法
技術領域：
本發明涉及一種在無線蜂窩視頻監控領域中基于編碼器和緩存的兩級碼率控制 方法。
背景技術：
基于CDMA2000/GPRS等的移動數字視音頻監控系統(以下稱移動監視系統)中， 通過利用CDMA、GPRS等的數據服務網絡傳輸實時多媒體數據，使視音頻監控系統不再受到 地域范圍的限制，可在蜂窩網絡覆蓋地區內的任意地點設置視音頻監控點，在控制中心或 其他地方實時觀看監控點的視音頻信息。在該類移動監視系統中，通過大量的實踐實驗和對丟包特性的統計分析，發現引 起丟包的主要原因是蜂窩無線信道和有線Internet網絡的混合信道傳輸帶寬的波動造成 的。傳統的無線/有線通信系統中，給每個連接分配的信道 帶寬是固定的，然而，在實際的 蜂窩移動通信過程中，無線信道帶寬由于這樣幾個原因會發生變化1、當移動終端在不同的小區間移動時，可用帶寬可能會發生劇烈變化(如 CDMA2000-1X的有效帶寬范圍為每秒20Kbps到100Kbps) ；2、當移動過程中進行切換時，基 站可能沒有足夠的可用無線資源滿足新加入的移動終端的需求；3、無線信道的傳輸能力可 能由于多徑干擾、信道間干擾和噪音等因素的影響而降低；4、無線信道的容量受基站與移 動主機之間的距離影響；5、無線信道的容量受小區內活躍用戶數量的影響。由于移動網絡帶寬時變的特性，在發送端采用恒定的數據發送速率將是不適宜 的，可能發生的情況是在數據傳送過程中產生網絡擁塞，導致數據包丟失，造成接收端視頻 播放停頓或錯誤。
發明內容
通過信道感知和擁塞控制，發送端的發送碼率得以確定并實時調整以適應網絡帶 寬的波動。碼率控制是視頻編碼中的一個重要問題，是指如何控制編碼參數以使產生的比 特流符合應用需求，并達到高的編碼質量。碼率控制的過程可以分為兩個部分比特分配和 為了達到分配的比特進行編碼參數計算，一般指量化級的計算。至于量化級的確定主要取 決于所使用的碼率控制模型。可以先為每一幀確定一個量化級，然后對于幀內每個宏塊的 量化系數，或者保持恒定，或者采用某種方法自適應地改變。也可以直接根據每個宏塊的特 性進行量化級的計算。除了量化級外，調節幀率、幀類型或空間分辨率等都可以用來控制輸 出碼率。本發明的目的是提供一種在無線蜂窩視頻監控領域中控制碼率的方法。為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基于編碼器和緩存的兩級碼 率控制方法，其特征在于，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統 計分析，主控單元在遇到超過門限的包丟失率情況下進行RTP緩存清理，重新計算并設定編碼器的編碼碼率；
步驟2、由編碼器依據步驟1得到的編碼碼率為目標碼率進行碼率控制。本發明的優點是提供了一種用于無線蜂窩視頻監控中的碼率控制方法，該方法能 夠有效、快速地將碼流的發送速率控制在給定的網絡帶寬上來。
具體實施例方式以下結合實施例來具體說明本發明。實施例本發明提供了一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統 計分析，主控單元(CPU)在遇到超過門限的包丟失率情況下進行RTP緩存清理，重新計算并 設定編碼器的編碼碼率。RTP緩存清理的具體步驟為在基于時域預測的GOP編碼結構中，前一幀圖像的丟 失將造成同一 GOP中后續圖像因參考幀的丟失而出現失真，嚴重情況下將導致視頻質量的 急劇惡化。這些因丟包而受到污染的幀，對視頻的解碼重構意義不大。基于此，這些受污染 的無效幀可以在發送端進行清除以提高帶寬的利用率。為此，當CPU通過RTCP反饋檢測到 一個幀丟失時，將會分析找到緩存中是否有未發送的受污染幀，并把這些無效幀從緩存中 移出，不再發送。根據清理后的緩存充盈程度，CPU重新計算、設定編碼器的編碼碼率，通知 編碼器(DSP)依此碼率作為目標碼率進行碼率控制。步驟2、由編碼器依據步驟1得到的編碼碼率為目標碼率進行碼率控制。編碼器碼控編碼器采用三種方式進行碼率控制。1.幀級量化參數調整采用JVT提案中的G012碼率控制方案，根據緩沖區的充盈 度和目標碼率進行幀級比特分配，并根據預測的MAD (均方誤差)值利用二項式碼率模型進 行量化級的計算，再用這個量化級進行率失真優化宏塊模式判別。2.幀率調整考慮到圖像空間質量的保證，在信道帶寬較低時，通過幀率的調整 來降低編碼碼率，從而達到碼率控制的目的。在CDMA監控項目中，采用下表所示的幀率調 整范圍(表中RT為檢測到的信道可用帶寬)。
3.空間分辨率調整支持CIF (352x288)和Dl (704x576，僅在碼率大于60kbps時 支持)兩種分辨率的圖像編碼方式。但在項目具體實現中，空間分辨率的調整要通過服務 器端人工控制，即根據用戶的需要來動態改變編碼圖像的空間分辨率。
在CDMA監控系統的設計中，本發明采用了基于編碼器和緩存的兩級聯合碼率控 制策略。對編碼器(DSP)壓縮后的視頻流(RTP格式)，需要進行UDP/IP協議打包、網絡發 送。這部分工作由主控單元(ARM CPU)來完成。為了平滑網絡變化帶來的帶寬抖動，CPU為 RTP視頻流提供了一級緩存。通過對收到的RTCP反饋信息的統計分析，CPU在遇到超過門 限的包丟失率情況下會啟動擁塞控制，對發送碼率進行調整。
權利要求
一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統計分析，主控單元在遇到超過門限的包丟失率情況下進行RTP緩存清理，重新計算并設定編碼器的編碼碼率；步驟2、由編碼器依據步驟1得到的編碼碼率為目標碼率進行碼率控制。
2.如權利要求1所述的一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，步 驟1中所述RTP緩存清理的步驟為當主控單元通過RTCP反饋檢測到一個幀丟失時，分析 找到緩存中是否有未發送的受污染幀，并把這些無效幀從緩存中移出，不再發送，根據清理 后的緩存充盈程度，主控單元重新計算并設定編碼器的編碼碼率。
3.如權利要求1所述的一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，所 述編碼器碼率控制的步驟為步驟2. 1、幀級量化參數調整采用JVT提案中的G012碼率控制方案，根據緩沖區的充 盈度和目標碼率進行幀級比特分配，并根據預測的均方誤差值利用二項式碼率模型進行量 化級的計算，再用這個量化級進行率失真優化宏塊模式判別；步驟2. 2、在信道帶寬較低時，通過幀率的調整來降低編碼碼率，從而達到碼率控制的 目的；步驟2. 3、進行空間分配率調整。
全文摘要
本發明提供了一種基于編碼器和緩存的兩級碼率控制方法，其特征在于，步驟為步驟1、由主控單元為RTP視頻流提供一級緩存，通過對收到的RTCP反饋信息的統計分析，主控單元在遇到超過門限的包丟失率情況下進行RTP緩存清理，重新計算并設定編碼器的編碼碼率；步驟2、由編碼器依據步驟1得到的編碼碼率為目標碼率進行碼率控制。本發明的優點是提供了一種用于無線蜂窩視頻監控中的碼率控制方法，該方法能夠有效、快速地將碼流的發送速率控制在給定的網絡帶寬上來。
文檔編號H04N7/26GK101867802SQ201010177378
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月17日 優先權日2010年5月17日
發明者張重陽, 申景雙 申請人:上海海維工業控制有限公司