[发明专利]基于城市轨道乘客信息系统的I帧高突发码流整形方法

说明书

本发明公开了基于城市轨道乘客信息系统的I帧高突发码流整形方法：建立一个环形缓冲区；在第i+1个GOP周期内计算接收的直播音视频数据在第i个GOP周期内的平均输入码率后将直播音视频数据写入环形缓冲区，其中i表示GOP周期编号，初始值为0；在第i+1个GOP周期从环形缓冲区中读出直播音视频数据并以计算的第i个GOP周期内直播音视频数据的平均输入码率为输出码率将直播音视频数据输出到网络；用i+1替代i,重复步骤2～步骤3，直到直播音视频数据的所有GOP周期结束。本发明能将直播码流平缓化，经过整形后的直播码流即使遇到I帧画面，瞬时码率也不超过允许的带宽，使得直播数据可以有效可靠的传输通过LTE网络，克服了现有技术中遇到I帧时突发码率会非常高的问题。

技术领域

本发明涉及音视频编码中的码流整形技术，尤其涉及音视频编码中的I帧高突发码流整形方法。

背景技术

在城市轨道交通系统中乘客信息系统(Passenger Information System，以下简称PIS)的一个重要功能是地铁列车上的音视频直播。要实现该功能，首先需要在PIS控制中心将直播信号进行音视频编码，编码方式一般采用H264、MPEG2等。编码器在对直播信号编码后，按照DVB标准将直播数据打包成UDP包，并以组播的方式输入到PIS网络。音视频直播数据包通过LTE车地无线网络传输到列车，并由车载播放控制器解码播放。建设1.8GHz频段20M频宽的LTE车地无线网络能够提供的总数据带宽大约为8Mbps，包括上下行，但是需要同时承载信号系统、视频监控系统、PIS三个业务。音视频编码数据的特点是数据量很大，按照PIS的功能要求，列车音视频直播的编码码率一般要求达到平均码率2～6Mbps，而LTE车地无线网络承载的三个业务中，除了信号系统的数据码率较低外(Kbps量级)，其他两个业务都是音视频业务，都要求较高的带宽来传输。信号系统是列车行进控制的安全保障系统，在三个业务中优先级是最高的，视频监控系统则是安防反恐的重要辅助手段，优先级次之，PIS业务是三个业务中优先级最低的。

视频编码技术中，通常将编码画面划分为I、B、P三种帧类型。现有技术通常在编码器中对I帧采用帧内编码，即在发送端采用帧内编码的方式进行编码，编码后的数据很大，对B帧通常采用双向预测帧间编码，编码后的数据量是三种帧类型中最小的，P帧采用前向预测帧间编码，编码后的数据量比B帧大，但是比I帧小。因此，对I帧、B帧、P帧采用不同的编码方式虽然能够在一定程度上平滑视频码流，但是由于LTE的带宽有限，以及PIS业务的低优先级设定，LTE在传输直播码流时，编码器持续产生的直播码流中，遇到B帧时，码率比平均码率低很多，由于码率较低，不存在承载压力；但是遇到I帧时突发码率会非常高，很可能高达平均码率的多倍以上，瞬时突发码率很可能超过LTE能够提供给PIS的带宽，这将导致LTE网络处于超负荷状态，严重情况下LTE网络将无法正常工作，最终导致直播数据丢失，音视频直播出现卡顿和马赛克现象，影响乘客的观感体验，数据丢的越多，画面卡顿和马赛克现象就越严重。

发明内容

本发明旨在解决I帧瞬时突发码率可能超过LTE能够提供给PIS的带宽而使数据丢失，音视频卡顿和马赛克现象就越严重的问题。

为了实现上述目标，本发明采用以下的技术方案：

基于城市轨道乘客信息系统的I帧高突发码流整形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在编码器中建立一个环形缓冲区；

步骤2：在第i+1个GOP周期内计算接收的直播音视频数据在第i个GOP周期内的平均输入码率后将直播音视频数据写入环形缓冲区，其中i表示GOP周期编号，初始值为0；

步骤3：在第i+1个GOP周期从环形缓冲区中读出直播音视频数据并以计算的第i个GOP周期内直播音视频数据的平均输入码率为输出码率将直播音视频数据输出到网络；

步骤4：用i+1替代i,重复步骤2～步骤3，直到直播音视频数据的所有GOP周期结束。