[发明专利]一种零延迟的基于滑动窗口的FGS带宽分配算法

说明书

发明领域

本发明涉及一种在异构网络环境下，大规模交互式实时多媒体系统中视频码流的带宽分配算法，尤其涉及一种零延迟的基于滑动窗口的FGS(Fine Granularity Scalability，精细可扩展编码)带宽分配算法。

发明背景

异构网络环境下的实时视频会议系统中需要解决的一个基本问题是视频流的网络带宽自适应。在MPEG-4标准中提出的FGS编码方式对DCT残差系数做位平面编码，其产生的码流可根据实际带宽的变化对增强层作任意长度截取而解码，而视频质量与解码长度成正比。

为了有效利用FGS码流的这种特点，需要使用一种带宽分配算法以保证接收端在可用带宽变动的情况下仍能得到较恒定的图像质量。目前为止，牛顿搜索法，二分搜索法，R-D曲线合成法等被提出并都取得了不错的效果。这些算法使用了一种滑动窗口以保证带宽分配结果的精度和有效性。所谓滑动窗口其实就是一个在发送端保存了M帧的缓冲区。算法每次发送出去的那一帧并不是编码器当前编码完成的，而是第N-M帧(我们假设当前编完码的是第N帧)。这样即使接收端收到后马上播放也会有M/F_s秒的延迟(设F_s为发送端帧率)。此外，M的一个典型取值往往是F_s的2到3倍，这也意味着造成的时延为2到3秒。在时延要求苛刻的交互式系统中M/F_s秒的延迟将变得让人难以接受，也会给交互效果带来很大的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题：将现有的FGS带宽分配算法应用于时延要求苛刻的交互式应用中(如视频会议)，并对其进行改进，去除了原算法延迟大的缺点，提出了一种基于滑动窗口的FGS零延迟的带宽分配算法，它根据历史可用带宽总量与实际使用带宽的差值，对当前滑动窗口的可用带宽值进行补偿修正，并依据当前视频帧和历史视频帧的R-D曲线方程来运行算法，在不降低太多带宽分配效能的前提下，达到了快速分配带宽的目的，其所带来的延迟为零。

本发明的技术解决方案：一种零延迟的基于滑动窗口的FGS带宽分配算法，其特征在于如下步骤：

(1)初始化：历史可用带宽总量TotalBW＝0，实际使用带宽总量UsedBW＝0，当前窗口的可用带宽值R_budget＝0，当前发送帧序号NextSendID＝1；

(2)由FGS编码器提取当前编码帧及其R-D曲线，将帧放入滑动窗口内，依据实际测量的当前可用带宽R_cur和发送端帧率fps更新滑动窗口的可用带宽值R_budget；

(3)依据历史可用带宽总量UsedBW与实际使用的带宽总量TotalBW，对当前窗口的可用带宽值进行修正，并以修正后带宽为上限，对整个滑动窗口运行一种现有的FGS带宽分配算法；

(4)发送窗口内第NextSendID帧，更新历史可用带宽总量TotalBW和实际使用的带宽总量UsedBW；

(5)若窗口大小超过阈值Window，滑动窗口下沿，更新当前窗口的可用带宽值R_budget；

(6)若NextSendID小于Window，则令NextSendID＝NextSendID+1；

(7)若还有未发送帧，则转到步骤(2)。

根据本发明的又一个方面，其中步骤(2)进一步包括步骤：

(a)由FGS编码器在编码时提取当前编码帧R-D曲线信息；

(b)将当前编码完成的视频帧放入滑动窗口；

(c)依据当前实际测量的可用带宽R_cur和发送端帧率fps以下式更新当前窗口的可用带宽值R_budget：R_budget＝R_budget+R_cur/fps。

根据本发明的又一个方面，其中步骤(3)进一步包括：

(a)根据历史可用带宽总量UsedBW和实际使用带宽总量TotalBW以下式对当前窗口的可用带宽R进行修正：R＝R_budget-(UsedBW-TotalBW)；

(b)以R为可用带宽上限，对整个滑动窗口运行一种现有的FGS带宽分配算法；

(c)这里，现有的FGS带宽分配算法可以是牛顿搜索法，二分搜索法，R-D曲线合成法等；以二分搜索法为例，运行算法的步骤如下：

1.计算只发送基本层时，窗口内所有帧的最小失真D_w