技術報告-絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑技術研究

1、網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,報告人：張國波時 間： 2016年10月26日,——目錄,研究背景網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析3.2 基于SP幀的碼流平滑方法實驗結果,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,1 研究背景,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越重要隨著各地“智慧城市”、“平安城市”的建設，網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的普及，網絡視頻監(jiān)控在人們的生活中起到了越來越重

2、的作用.因此研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中的問題具有一定意義.網絡攝像機向高清化發(fā)展目前，高清視頻普遍采用H.264[1]編碼，1080P的視頻碼率可達4-8Mbps. 視頻編碼造成的碼流不均勻性例如，I幀編碼后的數據遠遠大于P幀，會導致碼流在I幀位置產生一個較大的瞬時流量.監(jiān)控系統(tǒng)具有較小的I幀間隔由于監(jiān)控系統(tǒng)需要支持回放、隨機接入等功能，I幀間隔較小，一般為1s.,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,1 研究背景,較高的瞬時碼率

3、視頻編碼造成的碼流不均勻性造成較高的瞬時碼率，而多路碼流匯聚后，可能會造成更高的瞬時碼率，監(jiān)控系統(tǒng)具有較小的I幀間隔使得產生更高瞬時碼率的概率增大.帶寬的需求增大網絡攝像機向高清化和較高的瞬時碼率造成帶寬的需求增大.解決方案增加帶寬平滑碼流,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,——目錄,研究背景網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析3.2 基于SP幀的碼流平滑方法實驗

4、結果,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架圖,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,2網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架,,流的分類（根據對實時性的要求和發(fā)送接收節(jié)點的不同）第一種是IPC發(fā)送到存儲服務器的視頻流，它沒有被任何用戶請求，直接存儲在存儲服務器中.第二種是IPC發(fā)送到存儲服務器并轉發(fā)給客戶端的視頻流，該視頻流也可由流媒體服務器轉發(fā)給客戶端，一般情況下，存儲服務器便具備流媒體服務器的功能.第三種是從存儲服務器發(fā)送給

5、客戶端的歷史回放視頻流.第一種視頻流和第二種視頻流可相互轉換.平滑方式第一種和第三種流對實時性要求不高，可采用增加延時的方法進行平滑.第二種流對實時性要求較高，提出基于SP幀的平滑方法，在不影響實時性的情況下實現碼流的平滑.,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,2網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架,,——目錄,研究背景網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析3.2 基于SP幀的碼流平滑

6、方法實驗結果,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析,問題的抽象IPC發(fā)送視頻流到存儲服務器這個過程中，多個IPC匯聚到接入交換機時，多個接入交換機匯聚到核心交換機時，不同路的I幀可能產生重合，從而造成了較大的瞬時碼率波動. 這個問題可抽象成如下的問題，m路碼流匯聚成一路時，計算不同I幀重合數的概率.簡化假設所有P幀的編碼后的大小一樣. 所有I幀的編碼后的大小相同.假設每幀的數據會在幀

7、間隔時間內均勻的發(fā)送出去.假定多路視頻的第k幀出現的時刻相同.,,變量定義,3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析,,3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析,,——目錄,研究背景網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析3.2 基于SP幀的碼流平滑方法實驗結果,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,3.2 基于SP幀的碼流平滑方法,基于SP幀的碼流平滑方法,,3.2

8、基于SP幀的碼流平滑方法,SP幀的性質(保證方法的可行性)當使用不同參考幀預測時，能獲得相同的SP幀，即將SP首幀()和SP次幀()的編碼數據解碼后，能夠為后續(xù)幀提供相同的參考幀，所以對于圖2的碼流2，在參考幀之間不會由于不匹配導致人為誤差.,,3.2 基于SP幀的碼流平滑方法,方法優(yōu)點不增加延時的情況下，完全消除由I幀引起的碼率波動.方法的不足必須配合相應的容錯機制.由于在該方案中接收端接收的碼流中不包含I幀，所以當某幀的數

9、據發(fā)生丟失后，對所有后續(xù)幀都會產生影響，因此，必須配合相應的容錯機制，如FEC或重傳等. 但是為了達到較好的用戶體驗，即使不采用該方案，系統(tǒng)也應該采用容錯機制. 因此，這個缺點可以忍受.,,3.2 基于SP幀的碼流平滑方法,方法的不足增加存儲空間. 碼流1會在存儲服務器進行存儲，由于SP幀的編碼后大小大于P幀，所以會增加一些存儲空間，但是由于SP幀與P幀編碼后大小差別不是很大[7]，且實時播放的實況視頻路數要遠遠小于總的視頻路數，因

10、此增加的存儲空間很小.碼流1和碼流2都會從IPC傳輸給存儲服務器，因此平均碼流會增加. 但是由于碼流的具有很好的平滑性，比處理前碼流更不易引起網絡擁塞問題，所以這個缺點也可以忍受.,,——目錄,研究背景網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法3.1 研究網絡監(jiān)控系統(tǒng)中碼率波動分析3.2 基于SP幀的碼流平滑方法實驗結果,網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中碼流平滑方法研究,,4 實驗結果,平滑處理前不同I幀重合數的概率分布,,4