網(wǎng)絡(luò)擁塞抑制策略 - 視頻監(jiān)視系統(tǒng)中視頻質(zhì)量優(yōu)化策略研究

　　當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)中有太多的分組需要傳輸時，會使整個網(wǎng)絡(luò)的性能降低，傳輸質(zhì)量下降，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時，如果不能及時地對網(wǎng)絡(luò)擁塞進(jìn)行抑制，視頻延時會上升、網(wǎng)絡(luò)丟包率急劇增長，同時也會帶來一定的流暢性問題，給視頻質(zhì)量造成很大的影響。對于擁塞的解決辦法無非只有2種：增加網(wǎng)絡(luò)資源和降低負(fù)荷。前者由整個互連網(wǎng)絡(luò)決定，沒有辦法進(jìn)行控制，后者由每個用戶決定。當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞時，適當(dāng)?shù)販p少服務(wù)器端視頻采集的速率，這樣既減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，同時又降低了客戶端數(shù)據(jù)的需求，減少了視頻質(zhì)量下降的幾率。

　　在RTP協(xié)議中，使用RTCP(實時傳送控制協(xié)議)來進(jìn)行流量控制和擁塞控制。在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中有5種不同類型的RTCP控制分組，其中有2種：SR(Sender Report)發(fā)送者報告，用于當(dāng)前發(fā)送者的發(fā)送情況和接收情況的統(tǒng)計;RR(Receiver Report)接受者報告，用于當(dāng)前接受者的接受情況的統(tǒng)計。

　　RTCP包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計資料，可以利用這些信息動態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。

　　在客戶端可以周期性統(tǒng)計接收數(shù)據(jù)包的總個數(shù)以及丟失數(shù)據(jù)包的個數(shù)，然后按照RTCP的數(shù)據(jù)包格式填充數(shù)據(jù)包，發(fā)送至服務(wù)器端，然后服務(wù)器端通過相應(yīng)的流量控制算法，利用客戶端傳輸過來的具體參數(shù)，則可以動態(tài)的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)包的采集以及發(fā)送速率。

　　2.3 編解碼速率協(xié)調(diào)策略

　　在一般視頻監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視終端進(jìn)行視頻解碼時，為了確保每幀數(shù)據(jù)的完整性，需要判斷接收緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)是否達(dá)到一定要求Limit_ A，但是由于監(jiān)視圖像在背景固定和背景劇烈運(yùn)動時，每幀數(shù)據(jù)量相差非常大，劇烈運(yùn)動時的數(shù)量量往往是靜止時的幾倍，因此對于Limit_A的選擇比較困難。當(dāng)Limit_A選擇較小時，在劇烈運(yùn)動的情況下，解碼數(shù)據(jù)可能不是完整一幀，造成視頻質(zhì)量問題;當(dāng)Limit_A選擇較大時，在幾乎靜止的情況下，可能會造成視頻的停頓以及長時間的視頻延時。因此Limit_A必須是動態(tài)變化的，同時緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)由于靜止和運(yùn)動時的數(shù)據(jù)量不同，數(shù)據(jù)量也必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制，防止在靜止情況下出現(xiàn)大規(guī)模延時。

　　在監(jiān)視系統(tǒng)中，接收緩沖區(qū)就像一個漏斗，從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)就像往漏斗里注水，從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼播放，就像從漏斗出水一樣。在一個漏斗中，當(dāng)入水和出水相同時，不僅能使水流順暢，同時漏斗里的儲水量也幾乎恒定，如圖3所示。當(dāng)然在監(jiān)視的系統(tǒng)中，由于存在時間差(往緩沖區(qū)里存儲的幀與從緩沖區(qū)中取出的幀在時間上存在著差異)，“出水速率”和“入水速率”(幀的大小)往往不相同;當(dāng)視頻從運(yùn)動變?yōu)殪o止時，“出水速率”會比“入水速率”大，當(dāng)視頻從靜止變?yōu)檫\(yùn)動時，“出水速率”會比“入水速率”小。因此不能簡單地套用此模型。

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　　由于視頻顯示速度不是以比特(bit)為單位而是以“f/s”為單位，所以當(dāng)“水”的單位變?yōu)椤癴”，相應(yīng)的“出水速率”和“入水速率”也變成“f/s”，則整個系統(tǒng)模型變?yōu)椋寒?dāng)輸入幀率和輸出幀率相同時，就可以保證緩沖區(qū)中具有恒定的幀數(shù)stay_M，如圖4所示。同時只要確保Limit_A的值正確，那么每幀數(shù)據(jù)都可以是完整的，視頻也會是流暢、完整的。

　　輸入速率就是從網(wǎng)絡(luò)接收視頻幀的速率，理想地來講，也即是監(jiān)視服務(wù)器采集、發(fā)送視頻的速率;而輸出速率應(yīng)是從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼的速率，由于視頻質(zhì)量最后呈現(xiàn)給用戶的部分是顯示部分，因此將輸出速率改為顯示速率更為妥當(dāng)，同時為了保證視頻幀的完整性，解碼速率也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

　　此策略的實施辦法就是控制服務(wù)器端視頻采集、編碼的速率和客戶端視頻顯示的速率，使它們速度相同，同時在Limit_A的選取上，根據(jù)視頻連續(xù)性的關(guān)系，由實際消耗數(shù)據(jù)決定下一幀Limit_A的值，同時平滑解碼速率，使得每幀的解碼過程能夠平均分布。