本發(fā)明涉及視頻傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于pid控制的視頻直播傳輸控制方法和一種基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著寬帶的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)上的多媒體業(yè)務(wù)漸漸成為主流。上一代的視頻應(yīng)用主要是基于視頻點(diǎn)播服務(wù)的，而隨著網(wǎng)絡(luò)狀況的逐步改善以及視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)視頻直播的需求不斷增長，基于視頻直播服務(wù)構(gòu)建的應(yīng)用也開始快速涌現(xiàn)，比如電視節(jié)目直播、視頻會(huì)議、視頻通話等。其中，最新的直播應(yīng)用能夠讓用戶通過手機(jī)設(shè)備創(chuàng)建直播內(nèi)容。

為了保證直播的實(shí)時(shí)性，也就是保證較低的直播延遲，上一代的直播技術(shù)主要是基于udp協(xié)議(userdatagramprotocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)。udp協(xié)議并不確保數(shù)據(jù)包的成功接收，視頻直播的延遲主要是數(shù)據(jù)包從發(fā)送端到達(dá)接收端的時(shí)間，因此延遲一般都很低，但接收端需要額外的方法處理網(wǎng)絡(luò)丟包帶來的錯(cuò)誤。

而如果改為使用tcp協(xié)議(transmissioncontrolprotocol，傳輸控制協(xié)議)，則能夠確保所有數(shù)據(jù)包的成功接收，但是在網(wǎng)絡(luò)狀況不佳的情況下，tcp協(xié)議的重傳機(jī)制會(huì)進(jìn)行大量的重傳操作，使得數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間較長，導(dǎo)致視頻流暢度低并且延遲較高。

隨著網(wǎng)絡(luò)狀況的不斷改善，使用tcp協(xié)議在視頻直播方面的可用性大大提高。其中，rtmp協(xié)議(realtimemessagingprotocol，實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議)是adobe公司開發(fā)的一種基于tcp協(xié)議的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要用來在flash/air平臺(tái)和支持rtmp協(xié)議的流媒體/交互服務(wù)器之間進(jìn)行音視頻和數(shù)據(jù)通信，被廣泛應(yīng)用于點(diǎn)播和直播服務(wù)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性。

然而，雖然網(wǎng)絡(luò)環(huán)境得到了不斷改善，但是網(wǎng)絡(luò)狀況的波動(dòng)依然時(shí)常發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)狀況的波動(dòng)會(huì)直接影響到tcp協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝俊Ｆ渲校曨l碼率是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)單位時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，如果吞吐量小于當(dāng)前傳輸視頻的碼率，就會(huì)造成接收端視頻播放的不流暢的現(xiàn)象。

因此，如何實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的碼率調(diào)整，成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是基于上述技術(shù)問題，提出了一種新的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的碼率調(diào)整。

有鑒于此，本發(fā)明的一方面提出了一種基于pid控制的視頻直播傳輸控制方法，包括：按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，其中，所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度為緩沖的視頻幀的數(shù)量；計(jì)算所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值；將所述差值帶入pid控制公式，以計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值；根據(jù)所述碼率調(diào)整值，調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，系統(tǒng)在進(jìn)行視頻直播時(shí)，可以根據(jù)視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，利用pid(proportion-integration-differentiation，比例-積分-微分)控制理論實(shí)時(shí)調(diào)整視頻的發(fā)送端提供的視頻流的碼率，即對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行修正，從而可以將視頻發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量維持在理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了視頻質(zhì)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的自適應(yīng)，在提升視頻直播的流暢程度，盡可能地充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬以達(dá)到較高視頻質(zhì)量。

其中，pid是一種閉環(huán)的反饋控制機(jī)制，在pid控制系統(tǒng)中，可根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)與期望狀態(tài)的誤差來計(jì)算一個(gè)控制量，并利用該控制量對(duì)輸入進(jìn)行調(diào)整，從而使系統(tǒng)狀態(tài)趨向于期望狀態(tài)。也就是說，可以根據(jù)當(dāng)前的視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，也就是誤差，來計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，使實(shí)時(shí)碼率趨向于期望值。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在所述按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度之前，還包括：根據(jù)接收到的第一設(shè) 置命令，設(shè)置所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的所述長度目標(biāo)值。

在該技術(shù)方案中，視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度目標(biāo)值可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)目標(biāo)值檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的長度目標(biāo)值。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述pid控制公式為：

其中，u(t)表示t時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，kp、ki、kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，表示所述系統(tǒng)自上一次碼率調(diào)整后至t時(shí)刻時(shí)的誤差量累積值，表示t時(shí)刻時(shí)的誤差量與上一次檢測(cè)所述實(shí)時(shí)碼率時(shí)得到的誤差量的微分。

在該技術(shù)方案中，為了降低短時(shí)間內(nèi)快速變化的網(wǎng)絡(luò)狀況對(duì)視頻數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響，提高播放流暢度，系統(tǒng)設(shè)置有視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在發(fā)送端和接收端之間，是用tcp協(xié)議進(jìn)行連接的，而tcp協(xié)議在發(fā)送端維護(hù)一個(gè)tcp發(fā)送緩沖區(qū)，在接收端維護(hù)一個(gè)tcp接收緩沖區(qū)。因此，可以將整個(gè)視頻直播傳輸?shù)南到y(tǒng)抽象成4個(gè)緩沖區(qū)：視頻發(fā)送緩沖區(qū)、tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在視頻流暢播放的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀數(shù)量和從播放緩沖區(qū)出去的視頻幀數(shù)量是相等的，所以4個(gè)緩沖區(qū)總的視頻幀數(shù)量是一個(gè)固定的值。由于tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)的大小很小，所以可以看成視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)中視頻幀之和是一個(gè)定值，而視頻發(fā)送緩沖區(qū)存在大量幀的時(shí)候，將導(dǎo)致播放緩沖區(qū)沒有視頻幀或存在較少的視頻幀，具有很大可能性導(dǎo)致視頻播放中斷，故可以通過控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀的數(shù)量來控制播放緩沖區(qū)中視頻幀的數(shù)量，因此，本發(fā)明定義的系統(tǒng)狀態(tài)變量是視頻發(fā)送緩沖區(qū)中的視頻幀的數(shù)量。

由此可知，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，即狀態(tài)變量的變化量，輸出的u(t)代表碼率調(diào)整的大小，將會(huì)被疊加到當(dāng)前設(shè)置的實(shí)時(shí)碼率上，作為下一個(gè)時(shí)刻應(yīng)該設(shè)置的碼率大小，假設(shè)當(dāng)前的碼率為br，那么下一個(gè)時(shí)刻的碼率就是br+u(t)。

通過該技術(shù)方案，不斷地監(jiān)測(cè)狀態(tài)變量的變化，將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較，通過誤差量來對(duì)實(shí)際帶寬變化情況進(jìn)行記錄和預(yù)測(cè)，計(jì)算控制輸出。然后根據(jù)控制輸出有針對(duì)性地調(diào)整視頻質(zhì)量，使?fàn)顟B(tài)變量盡可能接近目標(biāo)值，從而實(shí)現(xiàn)符合帶寬變化的穩(wěn)定視頻傳輸。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在所述按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度之前，還包括：根據(jù)接收到的第二設(shè)置命令，設(shè)置所述預(yù)定檢測(cè)周期。

在該技術(shù)方案中，是對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度進(jìn)行周期性檢測(cè)，也就是說，每經(jīng)過預(yù)定檢測(cè)周期進(jìn)行一次檢測(cè)，這里所述的預(yù)定檢測(cè)周期可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)周期檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的預(yù)定檢測(cè)周期。比如，當(dāng)網(wǎng)速高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用5s的檢測(cè)周期，這樣，在網(wǎng)速快的情況下可以盡可能減少周期性檢測(cè)帶來的功耗及內(nèi)存占用，而當(dāng)網(wǎng)速低于或等于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用3s的檢測(cè)周期，以避免因網(wǎng)速過慢而無法及時(shí)調(diào)整碼率，避免直播不流暢。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述根據(jù)所述碼率調(diào)整值，調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率，具體包括：檢測(cè)所述碼率調(diào)整值是否達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值；當(dāng)確定所述碼率調(diào)整值達(dá)到所述預(yù)定調(diào)整閾值時(shí)，按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，計(jì)算得到碼率調(diào)整值可以直接將其疊加至實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行碼率調(diào)整，也可以在碼率調(diào)整值積累達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值再進(jìn)行疊加，避免因多次進(jìn)行較小的碼率調(diào)整值調(diào)整而帶來的能耗和內(nèi)存占用。其中，早對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整，預(yù)定方向包括增大或減小，預(yù)定力度相當(dāng)于對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整的速度，比如，計(jì)算得到達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值的碼率調(diào)整值后，按照每秒疊加碼率調(diào)整值的10％的速度，分10s完成碼率調(diào)整，從而可以避免因調(diào)整過快而造成的視頻直播不流暢的缺陷。

其中，為了避免頻繁的小幅度的調(diào)整，還可以對(duì)輸入到pid公式中的e(t)進(jìn)行量化，量化的公式可以表示為：

其中step是量化的步長，為一個(gè)固定的正整數(shù)，通過量化可以消除正常小幅度網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)帶來的不必要的碼率調(diào)整。

本發(fā)明的另一方面提出了一種基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)，包括：檢測(cè)單元，按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，其中，所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度為緩沖的視頻幀的數(shù)量；差值計(jì)算單元，計(jì)算所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值；pid計(jì)算單元，將所述差值帶入pid控制公式，以計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值；碼率調(diào)整單元，根據(jù)所述碼率調(diào)整值，調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，系統(tǒng)在進(jìn)行視頻直播時(shí)，可以根據(jù)視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，利用pid(proportion-integration-differentiation，比例-積分-微分)控制理論實(shí)時(shí)調(diào)整視頻的發(fā)送端提供的視頻流的碼率，即對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行修正，從而可以將視頻發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量維持在理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了視頻質(zhì)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的自適應(yīng)，在提升視頻直播的流暢程度，盡可能地充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬以達(dá)到較高視頻質(zhì)量。

其中，pid是一種閉環(huán)的反饋控制機(jī)制，在pid控制系統(tǒng)中，可根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)與期望狀態(tài)的誤差來計(jì)算一個(gè)控制量，并利用該控制量對(duì)輸入進(jìn)行調(diào)整，從而使系統(tǒng)狀態(tài)趨向于期望狀態(tài)。也就是說，可以根據(jù)當(dāng)前的視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，也就是誤差，來計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，使實(shí)時(shí)碼率趨向于期望值。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括：第一設(shè)置單元，在所述按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度之前，根據(jù)接收到的第一設(shè)置命令，設(shè)置所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的所述長度目標(biāo)值。

在該技術(shù)方案中，視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度目標(biāo)值可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)目標(biāo)值檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的長度目標(biāo)值。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述pid控制公式為：

其中，u(t)表示t時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，kp、ki、kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，表示所述系統(tǒng)自上一次碼率調(diào)整后至t時(shí)刻時(shí)的誤差量累積值，表示t時(shí)刻時(shí)的誤差量與上一次檢測(cè)所述實(shí)時(shí)碼率時(shí)得到的誤差量的微分。

在該技術(shù)方案中，為了降低短時(shí)間內(nèi)快速變化的網(wǎng)絡(luò)狀況對(duì)視頻數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響，提高播放流暢度，系統(tǒng)設(shè)置有視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在發(fā)送端和接收端之間，是用tcp協(xié)議進(jìn)行連接的，而tcp協(xié)議在發(fā)送端維護(hù)一個(gè)tcp發(fā)送緩沖區(qū)，在接收端維護(hù)一個(gè)tcp接收緩沖區(qū)。因此，可以將整個(gè)視頻直播傳輸?shù)南到y(tǒng)抽象成4個(gè)緩沖區(qū)：視頻發(fā)送緩沖區(qū)、tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在視頻流暢播放的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀數(shù)量和從播放緩沖區(qū)出去的視頻幀數(shù)量是相等的，所以4個(gè)緩沖區(qū)總的視頻幀數(shù)量是一個(gè)固定的值。由于tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)的大小很小，所以可以看成視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)中視頻幀之和是一個(gè)定值，而視頻發(fā)送緩沖區(qū)存在大量幀的時(shí)候，將導(dǎo)致播放緩沖區(qū)沒有視頻幀或存在較少的視頻幀，具有很大可能性導(dǎo)致視頻播放中斷，故可以通過控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀的數(shù)量來控制播放緩沖區(qū)中視頻幀的數(shù)量，因此，本發(fā)明定義的系統(tǒng)狀態(tài)變量是視頻發(fā)送緩沖區(qū)中的視頻幀的數(shù)量。

由此可知，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，即狀態(tài)變量的變化量，輸出的u(t)代表碼率調(diào)整的大小，將會(huì)被疊加到當(dāng)前設(shè)置的實(shí)時(shí)碼率上，作為下一個(gè)時(shí)刻應(yīng)該設(shè)置的碼率大小，假設(shè)當(dāng)前的碼率為br，那么下一個(gè)時(shí)刻的碼率就是br+u(t)。

通過該技術(shù)方案，不斷地監(jiān)測(cè)狀態(tài)變量的變化，將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較，通過誤差量來對(duì)實(shí)際帶寬變化情況進(jìn)行記錄和預(yù)測(cè)，計(jì)算控制輸出。然后根據(jù)控制輸出有針對(duì)性地調(diào)整視頻質(zhì)量，使?fàn)顟B(tài)變量盡可能接近目標(biāo)值，從而實(shí)現(xiàn)符合帶寬變化的穩(wěn)定視頻傳輸。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括：第二設(shè)置單元，在所述按 照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度之前，根據(jù)接收到的第二設(shè)置命令，設(shè)置所述預(yù)定檢測(cè)周期。

在該技術(shù)方案中，是對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度進(jìn)行周期性檢測(cè)，也就是說，每經(jīng)過預(yù)定檢測(cè)周期進(jìn)行一次檢測(cè)，這里所述的預(yù)定檢測(cè)周期可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)周期檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的預(yù)定檢測(cè)周期。比如，當(dāng)網(wǎng)速高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用5s的檢測(cè)周期，這樣，在網(wǎng)速快的情況下可以盡可能減少周期性檢測(cè)帶來的功耗及內(nèi)存占用，而當(dāng)網(wǎng)速低于或等于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用3s的檢測(cè)周期，以避免因網(wǎng)速過慢而無法及時(shí)調(diào)整碼率，避免直播不流暢。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述碼率調(diào)整單元具體用于：檢測(cè)所述碼率調(diào)整值是否達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值，其中，當(dāng)確定所述碼率調(diào)整值達(dá)到所述預(yù)定調(diào)整閾值時(shí)，按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，計(jì)算得到碼率調(diào)整值可以直接將其疊加至實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行碼率調(diào)整，也可以在碼率調(diào)整值積累達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值再進(jìn)行疊加，避免因多次進(jìn)行較小的碼率調(diào)整值調(diào)整而帶來的能耗和內(nèi)存占用。其中，早對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整，預(yù)定方向包括增大或減小，預(yù)定力度相當(dāng)于對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整的速度，比如，計(jì)算得到達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值的碼率調(diào)整值后，按照每秒疊加碼率調(diào)整值的10％的速度，分10s完成碼率調(diào)整，從而可以避免因調(diào)整過快而造成的視頻直播不流暢的缺陷。

其中，為了避免頻繁的小幅度的調(diào)整，還可以對(duì)輸入到pid公式中的e(t)進(jìn)行量化，量化的公式可以表示為：

其中step是量化的步長，為一個(gè)固定的正整數(shù)，通過量化可以消除正常小幅度網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)帶來的不必要的碼率調(diào)整。

通過以上技術(shù)方案，可以對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行修正，將視頻發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量維持在理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了視頻質(zhì)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的自適應(yīng)，在提升視頻直播的流暢程度，盡可能地充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬以達(dá)到較高視頻質(zhì)量。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制方法的流程示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)的框圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的緩沖區(qū)示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的緩沖區(qū)狀態(tài)變量示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制方法的流程示意圖。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制方法，包括：

步驟102，按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，其中，所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度為緩沖的視頻幀的數(shù)量；

步驟104，計(jì)算所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值；

步驟106，將所述差值帶入pid控制公式，以計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值；

步驟108，根據(jù)所述碼率調(diào)整值，調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，系統(tǒng)在進(jìn)行視頻直播時(shí)，可以根據(jù)視頻發(fā)送緩沖區(qū) 的實(shí)時(shí)長度，利用pid(proportion-integration-differentiation，比例-積分-微分)控制理論實(shí)時(shí)調(diào)整視頻的發(fā)送端提供的視頻流的碼率，即對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行修正，從而可以將視頻發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量維持在理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了視頻質(zhì)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的自適應(yīng)，在提升視頻直播的流暢程度，盡可能地充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬以達(dá)到較高視頻質(zhì)量。

其中，pid是一種閉環(huán)的反饋控制機(jī)制，在pid控制系統(tǒng)中，可根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)與期望狀態(tài)的誤差來計(jì)算一個(gè)控制量，并利用該控制量對(duì)輸入進(jìn)行調(diào)整，從而使系統(tǒng)狀態(tài)趨向于期望狀態(tài)。也就是說，可以根據(jù)當(dāng)前的視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，也就是誤差，來計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，使實(shí)時(shí)碼率趨向于期望值。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在步驟102之前，還包括：根據(jù)接收到的第一設(shè)置命令，設(shè)置所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的所述長度目標(biāo)值。

在該技術(shù)方案中，視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度目標(biāo)值可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)目標(biāo)值檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的長度目標(biāo)值。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述pid控制公式為：

其中，u(t)表示t時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，kp、ki、kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，表示所述系統(tǒng)自上一次碼率調(diào)整后至t時(shí)刻時(shí)的誤差量累積值，表示t時(shí)刻時(shí)的誤差量與上一次檢測(cè)所述實(shí)時(shí)碼率時(shí)得到的誤差量的微分。

在該技術(shù)方案中，為了降低短時(shí)間內(nèi)快速變化的網(wǎng)絡(luò)狀況對(duì)視頻數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響，提高播放流暢度，系統(tǒng)設(shè)置有視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在發(fā)送端和接收端之間，是用tcp協(xié)議進(jìn)行連接的，而tcp協(xié)議在發(fā)送端維護(hù)一個(gè)tcp發(fā)送緩沖區(qū)，在接收端維護(hù)一個(gè)tcp接收緩沖區(qū)。因此，可以將整個(gè)視頻直播傳輸?shù)南到y(tǒng)抽象成4個(gè)緩沖區(qū)：視頻發(fā)送緩沖區(qū)、tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在視頻流暢播放的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀數(shù)量和從播放緩沖區(qū)出去 的視頻幀數(shù)量是相等的，所以4個(gè)緩沖區(qū)總的視頻幀數(shù)量是一個(gè)固定的值。由于tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)的大小很小，所以可以看成視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)中視頻幀之和是一個(gè)定值，而視頻發(fā)送緩沖區(qū)存在大量幀的時(shí)候，將導(dǎo)致播放緩沖區(qū)沒有視頻幀或存在較少的視頻幀，具有很大可能性導(dǎo)致視頻播放中斷，故可以通過控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀的數(shù)量來控制播放緩沖區(qū)中視頻幀的數(shù)量，因此，本發(fā)明定義的系統(tǒng)狀態(tài)變量是視頻發(fā)送緩沖區(qū)中的視頻幀的數(shù)量。

由此可知，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，即狀態(tài)變量的變化量，輸出的u(t)代表碼率調(diào)整的大小，將會(huì)被疊加到當(dāng)前設(shè)置的實(shí)時(shí)碼率上，作為下一個(gè)時(shí)刻應(yīng)該設(shè)置的碼率大小，假設(shè)當(dāng)前的碼率為br，那么下一個(gè)時(shí)刻的碼率就是br+u(t)。

通過該技術(shù)方案，不斷地監(jiān)測(cè)狀態(tài)變量的變化，將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較，通過誤差量來對(duì)實(shí)際帶寬變化情況進(jìn)行記錄和預(yù)測(cè)，計(jì)算控制輸出。然后根據(jù)控制輸出有針對(duì)性地調(diào)整視頻質(zhì)量，使?fàn)顟B(tài)變量盡可能接近目標(biāo)值，從而實(shí)現(xiàn)符合帶寬變化的穩(wěn)定視頻傳輸。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在步驟102之前，還包括：根據(jù)接收到的第二設(shè)置命令，設(shè)置所述預(yù)定檢測(cè)周期。

在該技術(shù)方案中，是對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度進(jìn)行周期性檢測(cè)，也就是說，每經(jīng)過預(yù)定檢測(cè)周期進(jìn)行一次檢測(cè)，這里所述的預(yù)定檢測(cè)周期可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)周期檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的預(yù)定檢測(cè)周期。比如，當(dāng)網(wǎng)速高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用5s的檢測(cè)周期，這樣，在網(wǎng)速快的情況下可以盡可能減少周期性檢測(cè)帶來的功耗及內(nèi)存占用，而當(dāng)網(wǎng)速低于或等于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用3s的檢測(cè)周期，以避免因網(wǎng)速過慢而無法及時(shí)調(diào)整碼率，避免直播不流暢。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，步驟108具體包括：檢測(cè)所述碼率調(diào)整值是否達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值；當(dāng)確定所述碼率調(diào)整值達(dá)到所述預(yù)定調(diào)整閾值時(shí)，按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，計(jì)算得到碼率調(diào)整值可以直接將其疊加至實(shí)時(shí)碼率 進(jìn)行碼率調(diào)整，也可以在碼率調(diào)整值積累達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值再進(jìn)行疊加，避免因多次進(jìn)行較小的碼率調(diào)整值調(diào)整而帶來的能耗和內(nèi)存占用。其中，早對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整，預(yù)定方向包括增大或減小，預(yù)定力度相當(dāng)于對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整的速度，比如，計(jì)算得到達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值的碼率調(diào)整值后，按照每秒疊加碼率調(diào)整值的10％的速度，分10s完成碼率調(diào)整，從而可以避免因調(diào)整過快而造成的視頻直播不流暢的缺陷。

其中，為了避免頻繁的小幅度的調(diào)整，還可以對(duì)輸入到pid公式中的e(t)進(jìn)行量化，量化的公式可以表示為：

其中step是量化的步長，為一個(gè)固定的正整數(shù)，通過量化可以消除正常小幅度網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)帶來的不必要的碼率調(diào)整。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)的框圖。

如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)200，包括：檢測(cè)單元202、差值計(jì)算單元204、pid計(jì)算單元206和碼率調(diào)整單元208。

檢測(cè)單元202用于按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，其中，所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度為緩沖的視頻幀的數(shù)量；差值計(jì)算單元204用于計(jì)算所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值；pid計(jì)算單元206用于將所述差值帶入pid控制公式，以計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值；碼率調(diào)整單元208用于根據(jù)所述碼率調(diào)整值，調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，系統(tǒng)在進(jìn)行視頻直播時(shí)，可以根據(jù)視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，利用pid(proportion-integration-differentiation，比例-積分-微分)控制理論實(shí)時(shí)調(diào)整視頻的發(fā)送端提供的視頻流的碼率，即對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行修正，從而可以將視頻發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量維持在理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了視頻質(zhì)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的自適應(yīng)，在提升視頻直播的流暢程度，盡可能地充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬以達(dá)到較高視頻質(zhì)量。

其中，pid是一種閉環(huán)的反饋控制機(jī)制，在pid控制系統(tǒng)中，可根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)與期望狀態(tài)的誤差來計(jì)算一個(gè)控制量，并利用該控制量對(duì)輸入進(jìn)行調(diào)整，從而使系統(tǒng)狀態(tài)趨向于期望狀態(tài)。也就是說，可以根據(jù)當(dāng)前的視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，也就是誤差，來計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，使實(shí)時(shí)碼率趨向于期望值。

在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括：第一設(shè)置單元210，在所述按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度之前，根據(jù)接收到的第一設(shè)置命令，設(shè)置所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的所述長度目標(biāo)值。

在該技術(shù)方案中，視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度目標(biāo)值可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)目標(biāo)值檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的長度目標(biāo)值。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述pid控制公式為：

其中，u(t)表示t時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，kp、ki、kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，表示所述系統(tǒng)自上一次碼率調(diào)整后至t時(shí)刻時(shí)的誤差量累積值，表示t時(shí)刻時(shí)的誤差量與上一次檢測(cè)所述實(shí)時(shí)碼率時(shí)得到的誤差量的微分。

在該技術(shù)方案中，為了降低短時(shí)間內(nèi)快速變化的網(wǎng)絡(luò)狀況對(duì)視頻數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響，提高播放流暢度，系統(tǒng)設(shè)置有視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在發(fā)送端和接收端之間，是用tcp協(xié)議進(jìn)行連接的，而tcp協(xié)議在發(fā)送端維護(hù)一個(gè)tcp發(fā)送緩沖區(qū)，在接收端維護(hù)一個(gè)tcp接收緩沖區(qū)。因此，可以將整個(gè)視頻直播傳輸?shù)南到y(tǒng)抽象成4個(gè)緩沖區(qū)：視頻發(fā)送緩沖區(qū)、tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在視頻流暢播放的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀數(shù)量和從播放緩沖區(qū)出去的視頻幀數(shù)量是相等的，所以4個(gè)緩沖區(qū)總的視頻幀數(shù)量是一個(gè)固定的值。由于tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)的大小很小，所以可以看成視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)中視頻幀之和是一個(gè)定值，而視頻發(fā)送緩沖區(qū)存在大量幀的時(shí)候，將導(dǎo)致播放緩沖區(qū)沒有視頻幀或存在較少的視頻幀，具 有很大可能性導(dǎo)致視頻播放中斷，故可以通過控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀的數(shù)量來控制播放緩沖區(qū)中視頻幀的數(shù)量，因此，本發(fā)明定義的系統(tǒng)狀態(tài)變量是視頻發(fā)送緩沖區(qū)中的視頻幀的數(shù)量。

由此可知，e(t)表示t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值，即狀態(tài)變量的變化量，輸出的u(t)代表碼率調(diào)整的大小，將會(huì)被疊加到當(dāng)前設(shè)置的實(shí)時(shí)碼率上，作為下一個(gè)時(shí)刻應(yīng)該設(shè)置的碼率大小，假設(shè)當(dāng)前的碼率為br，那么下一個(gè)時(shí)刻的碼率就是br+u(t)。

通過該技術(shù)方案，不斷地監(jiān)測(cè)狀態(tài)變量的變化，將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較，通過誤差量來對(duì)實(shí)際帶寬變化情況進(jìn)行記錄和預(yù)測(cè)，計(jì)算控制輸出。然后根據(jù)控制輸出有針對(duì)性地調(diào)整視頻質(zhì)量，使?fàn)顟B(tài)變量盡可能接近目標(biāo)值，從而實(shí)現(xiàn)符合帶寬變化的穩(wěn)定視頻傳輸。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括：第二設(shè)置單元212，在所述按照預(yù)定檢測(cè)周期檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度之前，根據(jù)接收到的第二設(shè)置命令，設(shè)置所述預(yù)定檢測(cè)周期。

在該技術(shù)方案中，是對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度進(jìn)行周期性檢測(cè)，也就是說，每經(jīng)過預(yù)定檢測(cè)周期進(jìn)行一次檢測(cè)，這里所述的預(yù)定檢測(cè)周期可以由用戶手動(dòng)調(diào)整設(shè)置，或者也可以設(shè)置多個(gè)周期檔位供用戶選擇，另外，還可以由系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)碼率，自動(dòng)設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)狀況相適宜的預(yù)定檢測(cè)周期。比如，當(dāng)網(wǎng)速高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用5s的檢測(cè)周期，這樣，在網(wǎng)速快的情況下可以盡可能減少周期性檢測(cè)帶來的功耗及內(nèi)存占用，而當(dāng)網(wǎng)速低于或等于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用3s的檢測(cè)周期，以避免因網(wǎng)速過慢而無法及時(shí)調(diào)整碼率，避免直播不流暢。

在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，碼率調(diào)整單元208具體用于：檢測(cè)所述碼率調(diào)整值是否達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值，其中，當(dāng)確定所述碼率調(diào)整值達(dá)到所述預(yù)定調(diào)整閾值時(shí)，按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整所述實(shí)時(shí)碼率。

在該技術(shù)方案中，計(jì)算得到碼率調(diào)整值可以直接將其疊加至實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行碼率調(diào)整，也可以在碼率調(diào)整值積累達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值再進(jìn)行疊加，避免因多次進(jìn)行較小的碼率調(diào)整值調(diào)整而帶來的能耗和內(nèi)存占用。其中，早對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以按照預(yù)定方向和預(yù)定力度調(diào)整，預(yù)定方向 包括增大或減小，預(yù)定力度相當(dāng)于對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整的速度，比如，計(jì)算得到達(dá)到預(yù)定調(diào)整閾值的碼率調(diào)整值后，按照每秒疊加碼率調(diào)整值的10％的速度，分10s完成碼率調(diào)整，從而可以避免因調(diào)整過快而造成的視頻直播不流暢的缺陷。

其中，為了避免頻繁的小幅度的調(diào)整，還可以對(duì)輸入到pid公式中的e(t)進(jìn)行量化，量化的公式可以表示為：

其中step是量化的步長，為一個(gè)固定的正整數(shù)，通過量化可以消除正常小幅度網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)帶來的不必要的碼率調(diào)整。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的緩沖區(qū)示意圖。

為了降低短時(shí)間內(nèi)快速變化的網(wǎng)絡(luò)狀況對(duì)視頻數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響，提高播放流暢度，系統(tǒng)設(shè)置有視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在發(fā)送端和接收端之間，是用tcp協(xié)議進(jìn)行連接的，而tcp協(xié)議在發(fā)送端維護(hù)一個(gè)tcp發(fā)送緩沖區(qū)，在接收端維護(hù)一個(gè)tcp接收緩沖區(qū)。因此，如圖3所示，可以將整個(gè)視頻直播傳輸?shù)南到y(tǒng)抽象成4個(gè)緩沖區(qū)：視頻發(fā)送緩沖區(qū)、tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)。在視頻流暢播放的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀數(shù)量和從播放緩沖區(qū)出去的視頻幀數(shù)量是相等的，所以4個(gè)緩沖區(qū)總的視頻幀數(shù)量是一個(gè)固定的值。由于tcp發(fā)送緩沖區(qū)、tcp接收緩沖區(qū)的大小很小，所以可以看成視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)中視頻幀之和是一個(gè)定值。

所以，可以通過控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的視頻幀的數(shù)量來控制播放緩沖區(qū)中視頻幀的數(shù)量。根據(jù)tcp協(xié)議的特點(diǎn)，當(dāng)視頻發(fā)送緩沖區(qū)存在一定量的視頻幀的時(shí)候，tcp發(fā)送緩沖區(qū)是充滿的，在這種情況下達(dá)到了最大的發(fā)送速度。視頻發(fā)送緩沖區(qū)存在大量幀的時(shí)候，將導(dǎo)致播放緩沖區(qū)沒有視頻幀或存在較少的視頻幀，具有很大可能性導(dǎo)致視頻播放中斷。

因此，本發(fā)明定義的系統(tǒng)狀態(tài)變量是視頻發(fā)送緩沖區(qū)中的視頻幀的數(shù)量。通過該技術(shù)方案，不斷地監(jiān)測(cè)狀態(tài)變量的變化，將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較，通過誤差量來對(duì)實(shí)際帶寬變化情況進(jìn)行記錄和預(yù)測(cè)，計(jì)算控制輸出。然后根據(jù)控制輸出有針對(duì)性地調(diào)整視頻質(zhì)量，使?fàn)顟B(tài)變量盡可能接近目標(biāo) 值，從而實(shí)現(xiàn)符合帶寬變化的穩(wěn)定視頻傳輸。

在本發(fā)明中，對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行控制主要有兩個(gè)目標(biāo)，一個(gè)是盡可能充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，一個(gè)是保證接收端能夠流暢播放。

一方面，將緩沖區(qū)的長度記為緩沖的視頻幀的數(shù)量，將播放緩沖區(qū)的最大長度記為s0，初始情況下，當(dāng)播放緩沖區(qū)達(dá)到了最大長度s0時(shí)，接收端才開始播放視頻。在播放過程中，如果播放緩沖區(qū)的長度減少為0，那么接收端需要等到播放緩沖區(qū)達(dá)到最大長度的時(shí)候才重新開始播放視頻。因此，當(dāng)播放緩沖區(qū)的長度減少為0時(shí)，會(huì)導(dǎo)致播放的中斷。

故在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的過程中，首先需要保證播放緩沖區(qū)的長度大于0。在連續(xù)播放的情況下，視頻發(fā)送緩沖區(qū)、播放緩沖區(qū)中視頻幀之和是一個(gè)定值，約等于s0，因此，可以通過控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度小于s0來保證播放緩沖區(qū)的長度大于0，即可保證接收端能夠流暢播放。

另一方面，為了盡可能充分利用帶寬提高視頻質(zhì)量，需要保證tcp發(fā)送緩沖區(qū)盡可能充滿。這一點(diǎn)可以通過控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度大于0來實(shí)現(xiàn)，在這種情況下tcp發(fā)送緩沖區(qū)始終處于充滿狀態(tài)。因此，直接控制的目標(biāo)就是控制視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度為s1，其中s1大于0且小于s0。

為此，本發(fā)明首先定義系統(tǒng)的狀態(tài)變量是視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度s，這個(gè)變量可以反映當(dāng)前的視頻碼率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量直接的關(guān)系，s(t)表示時(shí)刻t視頻發(fā)送緩沖區(qū)的長度。當(dāng)碼率大于網(wǎng)絡(luò)吞吐量，s(t)呈增長的趨勢(shì)；當(dāng)碼率小于網(wǎng)絡(luò)吞吐量，s(t)呈減小為0的趨勢(shì)；當(dāng)碼率接近于網(wǎng)絡(luò)吞吐量時(shí)，s(t)保持相對(duì)穩(wěn)定。比如，可以設(shè)置s的目標(biāo)值是0.2s0，記為sr，其中，s0是播放緩沖區(qū)的最大長度，記錄s與目標(biāo)值地偏差為e，在時(shí)刻t，狀態(tài)變量與目標(biāo)值的誤差記為e(t)；若當(dāng)前s(t)大于sr，則e(t)為負(fù)值，反之，e(t)為正值。

如圖4所示，當(dāng)前視頻發(fā)送緩沖區(qū)中幀數(shù)量是s(t)，目標(biāo)值是st，因此e(t)＝sr-s(t)。將e(t)代入pid公式可以得到對(duì)碼率調(diào)整的反饋信息，故根據(jù)pid控制模型，系統(tǒng)的控制器的輸出為：

其中，u(t)表示t時(shí)刻所需的碼率調(diào)整值，kp、ki、kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，表示系統(tǒng)自上一次碼率調(diào)整后至t時(shí)刻時(shí)的誤差量累積值，表示t時(shí)刻時(shí)的誤差量與上一次檢測(cè)實(shí)時(shí)碼率時(shí)得到的誤差量的微分。

這一個(gè)輸出的u(t)代表碼率調(diào)整的大小，將會(huì)被作為下一個(gè)時(shí)刻應(yīng)該設(shè)置的碼率大小，疊加到當(dāng)前設(shè)置的視頻碼率上，如果當(dāng)前的碼率為br，那么下一個(gè)時(shí)刻的碼率就是br+u(t)。

在具體應(yīng)用中，本發(fā)明按照一定的周期t進(jìn)行上述的系統(tǒng)狀態(tài)檢查和碼率調(diào)整，系統(tǒng)使用的狀態(tài)變量s(t)可以取為在上一個(gè)周期t內(nèi)的視頻發(fā)送緩沖區(qū)中平均幀數(shù)量，從而增加了視頻直播的穩(wěn)定性。為了避免頻繁的小幅度的調(diào)整，本發(fā)明還可以對(duì)輸入到pid公式中的e(t)進(jìn)行量化，量化的公式可以表示為：

其中step是量化的步長，為一個(gè)固定的正整數(shù)，通過量化可以消除正常小幅度網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)帶來的不必要的碼率調(diào)整。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)的框圖。

如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)500，包括：緩沖區(qū)信息獲取模塊502、pid碼率計(jì)算模塊504和視頻碼率調(diào)整模塊506，緩沖區(qū)信息獲取模塊502結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，獲取系統(tǒng)的實(shí)時(shí)碼率和視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，并通過pid碼率計(jì)算模塊504計(jì)算碼率調(diào)整值，最后，視頻碼率調(diào)整模塊506根據(jù)碼率調(diào)整值對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行調(diào)整。

其中，基于pid控制的視頻直播傳輸控制系統(tǒng)500不僅能夠用于rtmp協(xié)議，還可以擴(kuò)展到其他基于tcp的應(yīng)用層流媒體傳輸協(xié)議，如http協(xié)議(hypertexttransferprotocol，超文本傳輸協(xié)議)、rtsp協(xié)議(realtimestreamingprotocol，實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議)等，具有通用性。

具體地，可以通過檢測(cè)到的誤差變量進(jìn)行碼率調(diào)整。在每個(gè)檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)，獲取狀態(tài)變量的值，也就是視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度，然后與長度 目標(biāo)值進(jìn)行比較，得出誤差變量。

對(duì)誤差變量計(jì)算如下三部分的值：

比例部分，這一部分就是誤差量本身，作為對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸狀況匹配度的反饋，以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)變量不斷趨近目標(biāo)，即t時(shí)刻時(shí)所述視頻發(fā)送緩沖區(qū)的實(shí)時(shí)長度與長度目標(biāo)值的差值e(t)與比例系數(shù)乘積。

積分部分，這一部分是系統(tǒng)自上次質(zhì)量調(diào)整之后誤差量的累積，長時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以反映近段時(shí)間內(nèi)帶寬變化的平均情況，目的是以減小頻繁調(diào)整質(zhì)量從而造成波動(dòng)的可能性。

其中，積分部分＝誤差量1＋誤差量2＋…＋誤差量n，1、2、…、n為自上一次質(zhì)量調(diào)整以來的誤差量檢測(cè)索引。

微分部分，這一部分是當(dāng)前時(shí)刻誤差量與上一檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)誤差量的微分，主要用途是預(yù)測(cè)帶寬的變化趨勢(shì)，以使?fàn)顟B(tài)變量盡快趨近目標(biāo)。

其中，微分部分(本次誤差變量-上次誤差變量)/檢測(cè)間隔時(shí)間。

以上各部分經(jīng)過加權(quán)求和后形成控制輸出。

其中，控制輸出＝比例系數(shù)×比例部分+積分系數(shù)×積分部分+微分系數(shù)×微分部分。

其中，三個(gè)系數(shù)根據(jù)控制領(lǐng)域的經(jīng)典方法，進(jìn)行確定，如齊格勒－尼科爾斯方法，也可人工進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)得到的控制輸出和當(dāng)前傳輸?shù)拇a率，可以決定是否進(jìn)行視頻質(zhì)量調(diào)節(jié)，以及調(diào)節(jié)的方向和力度。

因此，通過該技術(shù)方案，可以有效地調(diào)整直播視頻的碼率，保持播放的流程性，同時(shí)充分利用帶寬提高視頻質(zhì)量，其關(guān)鍵之處在于利用積分部分來減小頻繁調(diào)整的可能性，并利用微分部分來預(yù)測(cè)帶寬變化。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的技術(shù)方案，通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可以對(duì)實(shí)時(shí)碼率進(jìn)行修正，將視頻發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量維持在理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了視頻質(zhì)量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的自適應(yīng)，在提升視頻直播的流暢程度，盡可能地充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬以達(dá)到較高視頻質(zhì)量。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。