基于无线摄像头的视频流传输方法及无线摄像头

技术领域

本发明涉及视频传输技术领域，尤其涉及一种基于无线摄像头的视频流传输方法及无线摄像头。

背景技术

根据报告显示，2019年全球家庭安防摄像头市场价值为3.71亿美元，预计2027年将达到11.9亿美元，复合年增长率为15.7％。家用安全摄像头的普及使远程监控老人/婴儿和入室盗窃提示成为可能。人们普遍认为，家用摄像头使生活变得比以往任何时候都更加安全。然而，实际上无线摄像头的使用同样会引发隐私安全问题。无线摄像头为了节省存储空间和网络带宽，在传输视频之前先对视频内容进行压缩。广泛使用的压缩技术是可变比特率(Variable Bit Rate，VBR)编码方法，其中视频流的比特率与视频内容密切相关。因此，即使对通信进行加密，传输的网络流量依然会泄露部分隐私信息。因为无线信号为广播信号，可以被附近的攻击者监听，即使无线信号已经过加密处理，攻击者依然可以获得网络流量的统计特征，比如，数据包长度、发送间隔等，从无线摄像头的加密WiFi流量中推断出居民的日常生活比如穿衣，吹头发，移动和吃饭。这些信息造成用户的隐私受到威胁，更有甚者，这些信息可被用于判断家中是否有人，恶意者可以推测入室盗窃的最佳时间。

针对上述安全问题，现有一些工作提出应对方法：一种是通过在数据中添加噪声/无意义的数据来扰乱摄像头的流量大小，另一种是在视频帧传输时加入随机的等待时间。这两种方法都是通过破坏网络流量分布与视频画面的相关性，使得攻击者无法通过网络流量的统计特性来推测视频画面内容。

但是，目前这两种应对方法都存在相应的问题。在第一种方法中，因为需要传输一些额外的数据，会带来额外的网络开销，占用更多的网络带宽；在第二种方法中，因为引入额外的等待时间，会增加视频传输的时延。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于无线摄像头的视频流传输方法及无线摄像头，其不会产生额外的带宽开销，同时能够保证视频数据传输的低时延。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于无线摄像头的视频流传输方法，包括：

将视频流按图像群组进行分层编码，其中每个图像群组编码成一个基础层码流和多个增强层码流；

将所述基础层码流存入优先队列，将所述增强层码流存入普通队列；

读取所述优先队列中所述基础层码流进行传输；

当所述优先队列为空时，读取所述普通队列中所述增强层码流进行传输。

作为上述方案的改进，所述普通队列的存储空间大小为所述优先队列的存储空间大小的倍数。

作为上述方案的改进，在进行传输时，所述方法还包括：

根据无线摄像头的历史流量数据设置传输速率上限。

作为上述方案的改进，所述历史流量数据包括过去m天内无线摄像头的传输总流量或每天平均传输流量。

作为上述方案的改进，所述根据无线摄像头的历史流量数据设置传输速率上限，包括：

根据公式T/(m×24×3600)+ε计算所述传输速率上限；

其中，T表示过去m天内无线摄像头的传输总流量，ε表示常量。

作为上述方案的改进，所述根据无线摄像头的历史流量数据设置传输速率上限，包括：

根据公式t/(24×3600)+ε计算所述传输速率上限；

其中，t表示无线摄像头的每天平均传输流量，ε表示常量。

作为上述方案的改进，所述方法还包括：

当无线摄像头的存储空间的使用量超过设定阈值，触发预警，并提高传输速率上限；

作为上述方案的改进，所述提高传输速率上限，包括：

将所述传输速率上限上调到所述无线摄像头的最大传输速率；

或者，

将所述传输速率上限上调一个等级；

当所述预警未解除时，继续上调一个等级；其中，以当前设置的传输速率上限为最低等级，所述无线摄像头的最大传输速率为最高等级，将传输速率划分为多个等级。

作为上述方案的改进，所述方法还包括：

当接收到接收机发送的回看调取指令时，判断对应时刻的增强层码流是否完成传输；

当对应时刻的增强层码流未完成传输时，将所述传输速率上限更新为所述无线摄像头的最大传输速率。

第二方面，本发明实施例提供了一种无线摄像头，包括：编码模块和传输模块；

所述编码模块，用于将视频流按图像群组进行分层编码，其中每个图像群组编码成一个基础层码流和多个增强层码流；

所述编码模块，还用于将所述基础层码流存入优先队列，将所述增强层码流存入普通队列；

所述传输模块，用于读取所述优先队列中所述基础层码流进行传输；

所述传输模块，还用于当所述优先队列为空时，读取所述普通队列中所述增强层码流进行传输。

相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过将视频流按图像群组进行分层编码，其中每个图像群组编码成一个基础层码流和多个增强层码流；将所述基础层码流存入优先队列，将所述增强层码流存入普通队列；读取所述优先队列中所述基础层码流进行传输；当所述优先队列为空时，读取所述普通队列中所述增强层码流进行传输。本发明采用分层编码，优先发送基础层码流，能够保证视频数据传输的低时延，保证监控视频的实时性，增强层码流用于提高存储/回放的画面质量，无线摄像头无需传输无用/冗余的数据内容，不会产生额外的带宽开销，可以节省网络带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于无线摄像头的视频流传输方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的视频流分层编码示意图；

图3是本发明实施例提供的基础层码流和增强层码流传输示意图；

图4是本发明实施例提供的一种无线摄像头的示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本发明实施例提供了一种基于无线摄像头的视频流传输方法，由无线摄像头执行，具体包括：

S1：将视频流按图像群组进行分层编码，其中每个图像群组编码成一个基础层码流和多个增强层码流；

无线摄像头包括编码模块和传输模块。编码模块将无线摄像头拍摄到的视频流以图像群组(Groups of pictures，GOP)为单位采用分层编码方式进行编码，将每个GOP编码为一个基础层码流和多个增强层码流，如图2所示。基础层码流可以单独解码，解码出的视频质量较差；增强层码流依赖于基础层，联合基础层和增强层进行解码可以获得更高质量的视频。

S2：将所述基础层码流存入优先队列，将所述增强层码流存入普通队列；

S3：读取所述优先队列中所述基础层码流进行传输；

S4：当所述优先队列为空时，读取所述普通队列中所述增强层码流进行传输。

在本发明实施例中，无线摄像头的缓存区维护两个队列，一个为优先队列，一个为普通队列。在生成的码流中，所有的基础层码流放入优先队列，增强层码流则放入普通队列，如图3所示。传输模块先传输优先队列中的基础层码流，当优先队列为空时，开始传输普通队列中的增强层码流。只要优先队列不为空，即发送优先队列中的基础层码流。在本发明实施例中，基础层码流具有最高的发送优先级，以最小化视频时延。

进一步，所述普通队列的存储空间大小为所述优先队列的存储空间大小的倍数。

通常情况下，普通队列的存储空间是优先队列的数倍，具体倍数关系取决于所采取的分层编码算法中增强层码流与基础层码流的大小关系，比如假设生成的码流中增强层码流、基础层码流的大小比例为5：1，倍数关系应该大于5：1，因为基础层码流会优先发送，需要占用较少的缓存。当缓存区的队列已满时，无线摄像头可以将新生成的码流存放于存储空间中，比如SD卡中，当缓存区的队列不饱和时再从存储空间中读取相应的数据存入相应的队列中进行传输。

本发明实施例采用分层编码，优先发送基础层码流，能够保证视频数据传输的低时延，保证监控视频的实时性，增强层码流用于提高存储/回放的画面质量，无线摄像头无需传输无用/冗余的数据内容，不会产生额外的带宽开销，可以节省网络带宽。

在一种可选的实施例中，在进行传输时，所述方法还包括：

根据无线摄像头的历史流量数据设置传输速率上限。

进一步，所述历史流量数据包括过去m天内无线摄像头的传输总流量或每天平均传输流量。

则，所述根据无线摄像头的历史流量数据设置传输速率上限，包括：

根据公式T/(m×24×3600)+ε计算所述传输速率上限；

其中，T表示过去m天内无线摄像头的传输总流量，ε表示常量。

或者，根据公式t/(24×3600)+ε计算所述传输速率上限；

其中，t表示无线摄像头的每天平均传输流量，ε表示常量。具体的可以统计所述无线摄像头的每天平均传输流量或者统计N台无线摄像头的每天平均传输流量来设置传输速率上限。

在本发明实施例中，为了使得网络流量更平滑，在传输时，设置传输速率上限。在有限传输速率下，将基础层码流的优先级设为最高，优先传输基础层码流，完成已有的基础层码流传输后，开始传输增强层码流。通过在传输时设置传输速率上限，可以使得无线摄像头的网络流量趋于平滑，不会随画面的变化出现显著的吞吐量变化，因此，恶意的窃听者无法根据网络流量的统计特征来推断监控视频的画面内容，从而起到保护用户隐私的作用。

通过在传输速率上限中添加常量ε，可以避免因信道干扰、波动等原因造成的速率损失。

在一种可选的实施例中，所述方法还包括：

当无线摄像头的存储空间的使用量超过设定阈值，触发预警，并提高传输速率上限；

进一步，提高传输速率上限的方式包括：

将所述传输速率上限上调到所述无线摄像头的最大传输速率；

或者，

将所述传输速率上限上调一个等级；

当所述预警未解除时，继续上调一个等级；其中，以当前设置的传输速率上限为最低等级，所述无线摄像头的最大传输速率为最高等级，将传输速率划分为多个等级。

在本发明实施例中，当无线摄像头的存储空间的使用量超过设定阈值，比如超过存储空间的80％，发出预警，并可以通过多种方式提高传输速率上限，例如梯度上调，将上限调高一个等级；如果预警没有解除，则继续调高一个等级；其中，可以将当前设置的传输速率上限到最大传输速率之间的范围设置多个等级，并当前设置的传输速率上限为最低等级，所述无线摄像头的最大传输速率为最高等级。或者直接解除上限，采用最大传输速率进行传输。

在一种可选的实施例中，所述方法还包括：

当接收到接收机发送的回看调取指令时，判断对应时刻的增强层码流是否完成传输；

当对应时刻的增强层码流未完成传输时，将所述传输速率上限更新为所述无线摄像头的最大传输速率。

接收机在收到无线摄像头发送的基础层码流后，可以进行解码，获取视频流，保证视频传输的实时性；在接收到增强层码流后，接收机可以获得更高质量的视频画面，用于存储和回放。实时画面因仅有基础层码流，画面质量相对受限，但在监控的场景下，往往不需要高质量的实时画面；在后期回放特定时段的监控时，因已收到增强层码流，可以解码获得更高质量的画面，用于监控分析。

当接收机需要回看/调取某个时间段的高清视频画面时，若此时对应时刻的增强层码流还未传输，可以由接收机发出回看调取指令，无线摄像头收到回看调取指令后将不再设置传输速率上限，将以最大传输速率发送已编码生成的码流。

相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：

(1)本发明实施例采用分层编码，优先发送基础层码流，能够保证视频数据传输的低时延，保证监控视频的实时性，增强层码流用于提高存储/回放的画面质量，无线摄像头无需传输无用/冗余的数据内容，不会产生额外的带宽开销，可以节省网络带宽。

(2)通过在传输码流上设置传输速率上限，使得监控摄像头的网络流量趋于平滑，使得恶意的窃听者无法从网络流量的变化趋势中推测画面内容。

实施例二，本发明实施例提供了一种无线摄像头，包括：编码模块1和传输模块2；

所述编码模块1，用于将视频流按图像群组进行分层编码，其中每个图像群组编码成一个基础层码流和多个增强层码流；

所述编码模块1，还用于将所述基础层码流存入优先队列，将所述增强层码流存入普通队列；

所述传输模块2，用于读取所述优先队列中所述基础层码流进行传输；

所述传输模块2，还用于当所述优先队列为空时，读取所述普通队列中所述增强层码流进行传输。

在一种可选的实施例中，所述普通队列的存储空间大小为所述优先队列的存储空间大小的倍数。

在一种可选的实施例中，所述无线摄像头还包括：

传输速率上限设置模块，用于在进行传输时，根据无线摄像头的历史流量数据设置传输速率上限。

进一步，所述历史流量数据包括过去m天内无线摄像头的传输总流量或每天平均传输流量。

则所述传输速率上限设置模块包括：

第一传输速率设置单元，用于根据公式T/(m×24×3600)+ε计算所述传输速率上限；

其中，T表示过去m天内无线摄像头的传输总流量，ε表示常量。

或者，第二传输速率设置单元，用于根据公式t/(24×3600)+ε计算所述传输速率上限；

其中，t表示无线摄像头的每天平均传输流量，ε表示常量。

在一种可选的实施例中，所述无线摄像头还包括：

传输速率上限调整模块，用于当无线摄像头的存储空间的使用量超过设定阈值，触发预警，并提高传输速率上限；

具体地，所述传输速率上限调整模块，用于将所述传输速率上限上调到所述无线摄像头的最大传输速率；

或者，

所述传输速率上限调整模块，用于将所述传输速率上限上调一个等级；当所述预警未解除时，继续上调一个等级；其中，以当前设置的传输速率上限为最低等级，所述无线摄像头的最大传输速率为最高等级，将传输速率划分为多个等级。

在一种可选的实施例中，所述无线摄像头还包括：

增强层码流判断模块，用于当接收到接收机发送的回看调取指令时，判断对应时刻的增强层码流是否完成传输；

最大传输速率设置模块，用于当对应时刻的增强层码流未完成传输时，将所述传输速率上限更新为所述无线摄像头的最大传输速率。

需要说明的是，本发明实施例的无线摄像头的工作原理和技术效果与实施例一相同，在这里不再重复赘述。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。