專利名稱：一種濾波后丟包率的計算方法以及網(wǎng)絡狀態(tài)的估計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流媒體應用技術，特別涉及移動通訊網(wǎng)絡的狀態(tài)估計方法和流媒體傳輸過程的服務質量控制技術。

背景技術：
流媒體技術是利用網(wǎng)絡以流的方式連續(xù)、實時地傳輸聲音、影像、動畫等多媒體信息的技術。流媒體在播放前并不下載整個文件，只將部分內容緩存；當流媒體數(shù)據(jù)在客戶端播放時，文件的剩余部分繼續(xù)從流媒體服務器下載。流媒體技術在有線網(wǎng)絡中的重要應用領域為IPTV(Interactive PersonalTV，交互式網(wǎng)絡電視)，在移動通訊網(wǎng)絡中的主要應用領域為移動流媒體。
流媒體應用的一個關鍵技術是如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆召|量QoS。當客戶端點播流媒體服務器時，客戶端周期性地向流媒體服務器發(fā)送接收報告RR(Receiver Report)，RR包括丟包率、網(wǎng)絡延遲、網(wǎng)絡抖動等網(wǎng)絡狀況信息，流媒體服務器一般利用丟包率信息估計當前網(wǎng)絡狀況。
假定客戶端反饋的第n個丟包率為Xn，目前流媒體服務器主要利用圖1所示的低通濾波器一 Yn＝aYn-1+(1-a)Xn (1) 對Xn進行處理以消除網(wǎng)絡傳輸過程中各種隨機干擾的影響。式中，Yn為濾波后的丟包率，a為濾波系數(shù)，a∈(0，1)，一般情況下，a∈(0.7，0.9)。
流媒體服務器根據(jù)Yn判斷當前網(wǎng)絡所處狀態(tài)，并動態(tài)調整數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。如圖2所示如果Yn≤λu，當前網(wǎng)絡處于空載Unloaded狀態(tài)，即網(wǎng)絡狀況良好，流媒體服務器逐步增加數(shù)據(jù)傳輸速率直至客戶端處于負載Loaded狀態(tài)或者到達服務器的最大傳輸速率；如果Yn∈(λu，λc]，當前網(wǎng)絡處于負載Loaded狀態(tài)，則服務器保持當前的數(shù)據(jù)傳輸速率；如果當前網(wǎng)絡處于擁塞Congested狀態(tài)，即Yn＞λc，服務器逐步減少數(shù)據(jù)傳輸速率直至客戶端處于Loaded狀態(tài)。λu的取值范圍為0～5％，λc的取值范圍為5％～10％。
有線網(wǎng)絡帶寬波動較小，利用方程(1)所示的低通濾波器能夠較好地抑制隨機干擾的影響并正確估計網(wǎng)絡狀態(tài)，然而移動通訊網(wǎng)絡的情況要比有線網(wǎng)絡復雜很多。雖然第三代移動通訊網(wǎng)絡能夠提供384kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，為流媒體技術在移動網(wǎng)絡中的應用提供了堅實的基礎，但是，由于移動網(wǎng)絡存在信道衰減、建筑物遮擋、終端移動、多用戶干涉等眾多原因，使得信道時刻變化，誤碼率較高。在移動流媒體的應用中發(fā)現(xiàn)即使移動通訊網(wǎng)絡提供的帶寬高于流媒體服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率，也會時而發(fā)生手機終端向服務器反饋丟包率很高的情況。
如果移動通訊網(wǎng)絡出現(xiàn)大量丟包，我們稱之為帶寬突變。引起帶寬突變的原因可能有兩種第一，移動通訊網(wǎng)絡突發(fā)性抖動；第二，網(wǎng)絡狀況惡化，例如建筑物遮擋、移動終端進入隧道等。第一種原因引起的帶寬突變只在很短的時間內存在，流媒體服務器合理做法是克服網(wǎng)絡瞬間抖動的負面影響，不改變數(shù)據(jù)發(fā)送的速率；對于第二種原因，流媒體服務器也不應該立即快速降低數(shù)據(jù)的傳輸速率，因為這樣會使流媒體播放的質量急劇下降，影響用戶體驗。因此，無論何種原因導致的帶寬突變，流媒體服務器都不應該過快降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?br> 不過，常規(guī)情況下流媒體服務器無法判斷導致帶寬突變的具體原因。在帶寬突變發(fā)生時利用方程(1)表示的濾波器估計網(wǎng)絡狀態(tài)，對于第一種原因，流媒體服務器會做出“當前網(wǎng)絡狀況惡化”的誤判斷；對于第二種原因，會導致流媒體服務器計算的Yn較大，快速降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇a率。此外，由于帶寬突變時的丟包率很大，而方程(1)中a∈(0.7，0.9)，移動終端后續(xù)反饋的丟包率影響小，即使帶寬突變過后網(wǎng)絡狀況改善，流媒體服務器仍然會在較長的時間內發(fā)送碼率較低的數(shù)據(jù)。
由上述分析可知移動流媒體技術要想在移動通訊網(wǎng)絡得到廣泛應用，就必須為用戶提供良好的QoS。由于移動通訊網(wǎng)絡的帶寬波動比較激烈，僅僅利用方程(1)所示的低通濾波器不能使流媒體服務器對當前網(wǎng)絡所處狀態(tài)做出正確判斷，從而影響視頻播放的QoS，因此，需要提出更好的方法來估計網(wǎng)絡狀態(tài)。


發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種濾波后丟包率的計算方法以及網(wǎng)絡狀態(tài)的估計方法，以消除網(wǎng)絡隨機干擾、抑制帶寬突變的負面影響，并保證流媒體傳輸?shù)腝oS。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種濾波后丟包率的計算方法以及網(wǎng)絡狀態(tài)的估計方法，包括以下步驟 (1)流媒體服務器初始化濾波器的參數(shù)； (2)接收來自移動終端的接收報告，從中提取丟包率信息Xn，n＝1，2......； (3)當流媒體服務器判斷網(wǎng)絡狀況已改善，在濾波時使用濾波器三，根據(jù)當前丟包率Xn和已計算出的濾波后的丟包率Yn-1進行加權運算，n＝1，2，......，賦予當前丟包率Xn較大的加權系數(shù)，并據(jù)此判斷當前網(wǎng)絡所處狀態(tài)。
進一步，上述方法還可具有以下特點當丟包率Xn大于其設定的丟包率閾值XLimit時，認為網(wǎng)絡發(fā)生帶寬突變，使用濾波器二，用XLimit代替Xn參與濾波運算得到濾波后的丟包率Yn。
進一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括空載閾值λu、濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)； 當Xn≤λu并且Xn-i≤λu(i＝1，…，N)時，認為網(wǎng)絡狀況改善，所述N為一個預設值，此時，所述濾波器三用公式表示為Yn＝(1-a)Yn-1+aXn。
進一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)； 所述濾波器二用公式表示為Yn＝aYn-1+(1-a)X′n其中X′n在Xn大于XLimit時等于XLimit，X′n在Xn小于等于XLimit時等于Xn。
進一步，上述方法還可具有以下特點其他情況下，使用濾波器一，根據(jù)當前丟包率Xn和已計算出的濾波后的丟包率Yn-1進行加權運算，并賦予濾波后的丟包率Yn-1較大的加權系數(shù)。
進一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)； 所述濾波器一用公式表示為Yn＝aYn-1+(1-a)Xn。
進一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(3)之后，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(2)。
進一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括負載閾值λc和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)，所述濾波器二設定的閾值 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明共采用三個濾波器估計移動通訊網(wǎng)絡的狀態(tài)，其中，濾波器一用于消除網(wǎng)絡隨機干擾的影響，平滑服務器端發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率；濾波器二用于抑制移動通訊網(wǎng)絡的帶寬突變，減少帶寬突變的影響時間，避免帶寬突變導致的數(shù)據(jù)傳輸速率激烈波動；當網(wǎng)絡狀況改善時，濾波器三能夠使流媒體服務器快速、準確地估計移動通訊網(wǎng)絡狀況，為移動終端提供質量可靠、碼率過渡平穩(wěn)的視頻點播服務。



圖1是現(xiàn)有技術中的低通濾波器一。
圖2是現(xiàn)有技術中網(wǎng)絡狀態(tài)的劃分。
圖3是實施例的操作流程圖。
圖4是實施例中濾波器二分段取值圖。

具體實施例方式 移動通訊網(wǎng)絡中的隨機干擾時刻存在，在移動流媒體的應用中表現(xiàn)為數(shù)據(jù)丟包、網(wǎng)絡延遲和抖動。在流媒體服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率低于移動網(wǎng)絡帶寬的前提條件下，隨機干擾對數(shù)據(jù)傳輸產生了影響，導致網(wǎng)絡丟包，丟包率應該在一定的合理范圍內。對于這種情況下的網(wǎng)絡丟包，流媒體服務器應用方程(1)表示的濾波器能夠較好地估計網(wǎng)絡狀況并平滑地改變數(shù)據(jù)傳輸速率以保證QoS。如果移動終端反饋的丟包率超過一定的合理范圍，就認為發(fā)生了帶寬突變，需要特別處理。
移動流媒體視頻播放過程中，在網(wǎng)絡狀況良好的情況下，例如Yn-1＝0，移動網(wǎng)絡突發(fā)性抖動導致的帶寬突變不應該致使流媒體服務器做出“當前網(wǎng)絡狀況惡化”的誤判斷，即不影響服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率，因此，移動終端傳遞過來的丟包率Xn對Yn的貢獻不應該超過λc；在網(wǎng)絡狀況惡化的情況下，也需要流媒體服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率由高到低平緩地過渡。
下面結合圖3詳細說明所述方法，包括以下步驟 步驟110，流媒體服務器初始化濾波器的參數(shù)，包括濾波后丟包率初值Y0、濾波器系數(shù)a、負載閾值λc、空載閾值λu； 步驟120，流媒體服務器接收來自移動終端的RR報告，并從中提取第n個丟包率信息Xn； 步驟130，判斷網(wǎng)絡是否發(fā)生帶寬突變，如果是，則采用濾波器二，再執(zhí)行步驟160，否則，執(zhí)行步驟140； XLimit為設定閾值，XLimit的計算方法有多種，如在移動流媒體的應用中可以取如果Xn≤XLimit，認為是正常情況下隨機干擾引起的數(shù)據(jù)丟包；如果Xn＞XLimit，認為當前網(wǎng)絡發(fā)生了帶寬突變。
當網(wǎng)絡發(fā)生了帶寬突變，利用圖4所示的濾波器二抑制帶寬突變的負面影響，所述濾波器二用方程(2)表示， Yn＝aYn-1+(1-a)X′n (2) 其中， 步驟140，判斷網(wǎng)絡狀況是否改善，如果已經(jīng)改善，則采用濾波器三，再執(zhí)行步驟160，否則，執(zhí)行步驟150； 當移動網(wǎng)絡狀況逐步改善時，客觀上需要流媒體服務器以更快的速度增加數(shù)據(jù)傳輸速率以提高QoS。由于Xn的權重為(1-a)，對Yn的貢獻較小，即使網(wǎng)絡狀況好轉，利用方程(1)表示的濾波器致使流媒體服務器在較長的時間內以低于期望值的碼率發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種情況下，一種自然的想法是多考慮新來丟包率的影響，因此本發(fā)明提出方程(4)表示的濾波器三。
如果Xn≤λu并且Xn-i≤λu(i＝1，…，N)，則認為最近一段時間網(wǎng)絡狀況良好，所述N為一個預設值，此時，采用濾波器三 Yn＝(1-a)Yn-1+aXn (4) 方程(4)表示的濾波器三能夠使帶寬突變的負面影響限制在較短的時間內。如果帶寬突變由于移動網(wǎng)絡突發(fā)性抖動引起，即使流媒體服務器根據(jù)方程(2)稍稍降低數(shù)據(jù)發(fā)送的碼率，方程(4)也能夠使服務器傳輸數(shù)據(jù)的碼率快速回升，這是因為突發(fā)性網(wǎng)絡抖動持續(xù)的時間很短，移動終端后續(xù)反饋的丟包率小于λu。對于網(wǎng)絡惡化導致的帶寬突變，方程(4)也能夠較好地減少帶寬突變的負面影響時間。一般情況下，引起網(wǎng)絡狀況惡化的原因在于無線信號不能很好地覆蓋某些區(qū)域，一旦移動終端離開這些區(qū)域，無線信道改善，反饋的丟包率變小，流媒體服務器做出“網(wǎng)絡狀況好轉”的判斷，利用方程(4)更多地考慮新丟包率的影響，快速增加數(shù)據(jù)發(fā)送的碼率，提高視頻播放的QoS。
步驟150，其余情況下，流媒體服務器采用方程(1)表示的濾波器一估計當前網(wǎng)絡狀況，執(zhí)行步驟160； 把方程(1)表示的濾波器進一步分解 Yn＝aYn-1+(1-a)Xn ＝a[aYn-2+(1-a)Xn-1]+(1-a)Xn ＝a{a[aYn-3+(1-a)Xn-2]+(1-a)Xn-1}+(1-a)Xn (5)  ＝anY0+(1-a)Xn+a(1-a)Xn-1+…+an-1(1-a)X1 如果取Y0＝0，則 Yn＝(1-a)Xn+a(1-a)Xn-1+…+an-1(1-a)X1 (6) 由方程(6)可以看出，n時刻的丟包率Yn由前n時刻移動終端反饋的丟包率Xi(i＝1，…，n)加權計算。由于a∈(0.7，0.9)，(1-a)∈(0.1，0.3)，新來的丟包率Xn對Yn的影響較小，正因為如此，方程(1)能夠在很大程度上消除隨機干擾的影響，使流媒體服務器為移動終端提供穩(wěn)定、平滑的碼流。
步驟160，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟120。
本發(fā)明的核心思想是在網(wǎng)絡發(fā)生帶寬突變時，使流媒體服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率由高到低平緩地過渡。因此，對于Xn的取值進行處理，不會導致濾波后的丟包率Yn迅速下降。另外，對于濾波系數(shù)a的取值，也可以限定為a∈(0.5，1)，只是在實際應用中，a∈(0.7，0.9)的效果可能會更好。
權利要求
1.一種濾波后丟包率的計算方法以及網(wǎng)絡狀態(tài)的估計方法，包括以下步驟
(1)流媒體服務器初始化濾波器的參數(shù)；
(2)接收來自移動終端的接收報告，從中提取丟包率信息Xn，n＝1，2......；
(3)當流媒體服務器判斷網(wǎng)絡狀況已改善，在濾波時使用濾波器三，根據(jù)當前丟包率Xn和已計算出的濾波后的丟包率Yn-1進行加權運算，n＝1，2，......，賦予當前丟包率Xn較大的加權系數(shù)，并據(jù)此判斷當前網(wǎng)絡所處狀態(tài)。
2.如權利要求1所述方法，其特征在于
當丟包率Xn大于其設定的丟包率閾值XLimit時，認為網(wǎng)絡發(fā)生帶寬突變，使用濾波器二，用XLimit代替Xn參與濾波運算得到濾波后的丟包率Yn。
3.如權利要求1所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括空載閾值λu、濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)；
當Xn≤λu并且Xn-i≤λu(i＝1，...，N)時，認為網(wǎng)絡狀況改善，所述N為一個預設值，此時，所述濾波器三用公式表示為Yn＝(1-a)Yn-1+aXn。
4.如權利要求2所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)；
所述濾波器二用公式表示為其中Xn′在Xn大于XLimit時等于XLimit，Xn′在Xn小于等于XLimit時等于Xn。
5.如權利要求1或2所述方法，其特征在于
其他情況下，使用濾波器一，根據(jù)當前丟包率Xn和已計算出的濾波后的丟包率Yn-1進行加權運算，并賦予濾波后的丟包率Yn-1較大的加權系數(shù)。
6.如權利要求5所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值Y0和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)；
所述濾波器一用公式表示為Yn＝aYn-1+(1-a)Xn。
7.如權利要求1所述方法，其特征在于
所述步驟(3)之后，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(2)。
8.如權利要求2或4所述方法，其特征在于
所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括負載閾值λc和濾波器系數(shù)a∈(0.5，1)，所述濾波器二設定的閾值
全文摘要
本發(fā)明提出了一種濾波后丟包率的計算方法以及網(wǎng)絡狀態(tài)的估計方法，包括以下步驟(1)流媒體服務器初始化濾波器的參數(shù)；(2)接收來自移動終端的接收報告，從中提取丟包率信息Xn；(3)當流媒體服務器判斷網(wǎng)絡狀況已改善，在濾波時使用濾波器三，根據(jù)當前丟包率Xn和已計算出的濾波后的丟包率Yn-1進行加權運算，賦予當前丟包率Xn較大的加權系數(shù)，并據(jù)此判斷當前網(wǎng)絡所處狀態(tài)。
文檔編號H04L29/06GK101155412SQ200610152278
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權日2006年9月27日
發(fā)明者王衛(wèi)華, 李加周, 張建強, 王志英 申請人:中興通訊股份有限公司