视频流快进快退的方法 【技术领域】
本发明涉及视频技术领域， 尤其涉及一种视频流快进快退的方法。背景技术 首先简要介绍一下对视频点播涉及的一些关键帧 ：
I帧： 是一个全帧压缩编码帧， 也叫帧内编码帧， 因此 I 帧的数据量一般比较大， I 帧不需要参考其他帧而生成， 它是 P 帧或是 B 帧的参考帧， 解码时仅用 I 帧就可以重构一个 完整的图像。
P帧： 是一个前向预测编码帧， 也称为帧间编码帧， P 帧需要参考前面的与其相邻 的 I 帧或 P 帧而生成， 同时它也是其他 P 帧或者 B 帧的参考帧， 解码时必须依赖其前面的 I 帧或 P 帧才可以重构出完整的图像。
B帧： 是一个双向预测编码帧， 它也是一个帧间编码帧， B 帧需要参考前面的 I 帧 或 P 帧或后面的 P 帧生成， B 帧不作为其它帧的参考帧， 因此它的解码错误不会造成错误扩 散， 但是 B 帧解码时必须依赖 I 帧或 P 帧才可重构出完整的图像。
用户在观看视频节目的时候， 有时会想先了解一下视频所播放的大概内容， 这时 需要进行快进或快退的操作。现有绝大多数视频快进快退方案都是通过先找到 I 帧， 从而 通过播放 I 帧来实现的， 具体的过程如下 ：
解析视频源文件， 一帧一帧的获取 I 帧数据， 并获取当前 I 帧在源视频的播放时 间； 按照源视频的格式重新封装 I 帧数据， 并将当前帧的播放时间作为时间戳封装进去， 标 识这个 I 帧的播放时间， 也起到定位一个 I 帧起始位置的作用 ； 新生成的只有 I 帧数据的视 频文件与源视频文件一一对应存在。
当有快进发生时， 服务器记录发生快进的时间， 从只含 I 帧数据的视频文件中找 到与发生快进时最接近的时间戳， 并从这个位置开始正向读取只含 I 帧的数据包以此来实 现快进， 系统可按照需要快进的倍数来确定是否跳帧， 比如系统可判断 2 倍数或 4 倍数快进 不需要跳帧， 只需要正向顺序读取数据即可， 8 倍数跳 2 帧， 16 倍数跳 8 帧等 ； 跳帧也即间隔 若干帧后再读取一帧的数据 ； 最后需要更新每个 I 帧的时间戳， 从而获取两个时间戳之间 的时间长度， 当 n 倍数时只要将这个时间长度除以 n 后， 加上前一个 I 帧的时间戳后更新到 后面这个 I 帧的时间戳信息即可。
当有快退发生时， 只需要在找到最后的时间戳的位置反向找前一个时间戳读取数 据， 也就是以时间戳为分隔符反向一帧一帧的读取数据， 其他与快进处理类似。
上述现有方案存在以下的不足 ：
1、 将所有 I 帧数据提取组成一个新视频文件， 比起建立 I 帧的索引文件的做法， 它 占据了较多的磁盘空间 ；
2、 根据快进快退的倍数固定的跳过若干帧来实现减小数据量的目的， 但是由于每 一帧的数据大小是不确定的， 这样所带来的后果就是码率波动会变大， 这会浪费传输带宽 甚至使视频质量下降， 并且， 由于这一规则不能动态的更新， 致使有的视频可能会造成跳帧
太少， 需要播放的 I 帧数据量很大， 如果给定带宽不足就会严重影响播放。 发明内容 本发明提供一种视频流快进快退的方法， 以克服现有方案带宽浪费以及码率不平 稳的问题。
为此， 本发明实施例采用如下技术方案 ：
一种视频流快进快退的方法， 包括 ：
解析源视频文件， 获取包含各个 I 帧索引信息的索引文件 ；
接收到快进或快退请求时， 执行以下步骤 ：
a. 定位视频流当前播放时刻 ；
b. 查询所述索引文件， 获得与所述当前播放时刻最接近的当前 I 帧的索引信息 ；
c. 利用快进或快退倍数以及与所述当前 I 帧的索引信息， 确定需要跳过的 I 帧的 数量 NF ；
d. 对于快进请求， 向后跳过 NF 个 I 帧 ； 对于快退请求， 向前跳过 NF 个 I 帧 ；
e. 从索引文件中查询到下一个 I 帧信息， 依据索引文件中记录的该 I 帧的信息从 原始文件中获得该 I 帧的实际数据并播放该 I 帧数据 ；
重复执行 d-e， 直至处理完索引文件的最后一个 I 帧或者接收到其它的处理请求。
其中， 采用如下公式确定需要跳过的 I 帧的数量 NF ：
NF ＝ cnt-1 ；
cnt 满足如下不等式 ： ((ltl-lsz)/cnt)/((T-ltm)/n ＜＝ S/T ；
其中，
n 为快进倍数 ；
cnt 为常数， 初始值为 1， 每次增加幅度为 1 ；
ltl、 lsz、 T、 ltm 和 S 为索引信息， 具体含义如下 ：
ltl 为源视频中所有 I 帧数据量总和 ；
lsz 从源视频起始位置到当前 I 帧所有 I 帧数据量的总和 ；
T 为源视频播放总时间 ；
ltm 为当前 I 帧在源视频中的播放时间点 ；
S 为源视频的总数据量。
对于快退请求， 采用如下公式确定需要跳过的 I 帧的数量 NF ：
NF ＝ cnt-1 ；
cnt 满足如下不等式 ： (lsz/cnt)/(ltm/n) ＜＝ S/T ；
其中，
n 为快进倍数 ；
cnt 为常数， 初始值为 1， 每次增加幅度为 1 ；
lsz、 T、 ltm 和 S 为索引信息， 具体含义如下 ：
lsz 从源视频起始位置到当前 I 帧所有 I 帧数据量的总和 ；
T 为源视频播放总时间 ；
ltm 为当前 I 帧在源视频中的播放时间点 ；
S 为源视频的总数据量。
优选地， 所述步骤 e 还包括 ：
如果所述 I 帧数据中包含 P 帧或 B 帧的数据或者 I 帧数据中包含时间戳信息， 则 过滤数据， 然后间隔一定的数据量插入新的时间戳。
对 于 快 进 请 求， 插 入 的 新 的 时 间 戳 所 间 隔 的 数 据 量 为 (((ltl-lsz)/cnt)/ ((T-ltm))*time， 其中， time 表示预置的插入时间戳的时间间隔。
优选地， 上述方法还包括 ：
若接收到正常播放请求， 则忽略快进快退处理环节， 从源视频文件的当前位置播 放视频。
优选地， 上述方法还包括 ：
若接收到其它倍数的快进快退请求， 记录当前正在处理的 I 帧的信息及位置， 利 用新倍数及当前 I 帧索引中记录的信息重新计算 NF， 然后重复执行快进快退的 d-e 步骤
优选地， 上述方法还包括 ：
若接收到从指定时刻开始播放视频的请求， 则在所述索引文件中找到与所述指定 时间最接近的 I 帧， 从该 I 帧的起始位置开始播放视频。 可见， 本发明将大量的源视频信息集中在索引文件中， 使得可以依赖索引文件轻 松实现快速快退以及指定时刻播放的功能， 本发明通过源视频的信息和快进快退的倍数， 实时计算出需要跳帧的数量， 获取最优数据量的播放数据， 保证了网络带宽的处理能力， 也 充分利用了网络资源。相比于现有方案， 本发明根据当前视频中 I 帧的数据量， 平均带宽视 频播放时间等信息动态计算出若干倍数下这个视频最适合跳过的 I 帧数量， 并动态的在任 意位置插入时间戳， 有效地避免了带宽的浪费和码率不平稳的问题。 另外， 本发明在快进快 退时重新计算了时间戳， 使得视频流在传输过程中波动更小更稳定， 在实现快进快退时通 过索引文件获取源文件中指定 I 帧数据， 大大减小了需要处理的数据量， 也减小了硬盘读 取的负担。
附图说明
图 1 为本发明视频流中 I 帧索引信息示意图。 具体实施方式
下面详细介绍本发明实施例 ：
1、 解析原始视频文件， 获得所有 I 帧信息的索引文件， 每个 I 帧作为一个基本单元 并用固定字节存储其信息， 请结合图 1， 索引文件中的索引信息至少包括 ：
●当前 I 帧所在源视频中的位置， 采用从文件头到此位置的数据量标记， 标记应 该记录在包含本 I 帧的数据包的起始位置， 记为 lst ；
●当前 I 帧所在源视频中的结束位置， 采用从文件头到此位置的数据量标记， 记 为 led ；
●当前 I 帧在源视频中的播放时间点， 记为 ltm ；
●从源视频起始位置到当前 I 帧 ( 包括当前 I 帧 ) 所有 I 帧数据量的总和， 记为 lsz( 图 1 中第 1 个 I 帧到第 3 个 I 帧的数据量总和 ) ；●源视频中所有 I 帧数据量总和， 记为 ltl( 图 1 中所有 I 帧的数据量总和 ) ；
●源视频播放总时间长度， 记为 T ；
●源视频的总数据量， 记为 S。
2、 当接收到 n 倍数快进请求时， 执行以下处理步骤 ：
2.1、 定位视频流此刻播放的位置， 对于流式媒体的播放或网络间发送， 视频流一 般都是由时间戳来控制的， 所以可以通过时间来定位， 记为 Tpos ；
2.2、 读取索引文件内容， 搜索每个 I 帧的索引信息， 寻找与视频此时 ( 接收到快进 请求时 ) 播放到的时间位置 Tpos 最接近的 I 帧， 记录此 I 帧的索引信息 ；
2.3、 计算跳帧， 所谓跳帧， 简言之就是间隔若干个帧才处理一个帧， 当应用在高倍 数快进或快退播放时， 高倍数播放单位时间内处理的数据量就会变大， 这时网络带宽或者 解码端根本难以承受如此大的数据量， 解决这个问题的办法就是跳过若干帧来减少处理的 数据量， 需要跳过的帧数记为 NF， 具体跳过多少帧可通过如下公式计算 ：
((ltl-lsz)/cnt)/((T-ltm)/n ＜＝ S/T
……………………………………公式 1
其中， cnt 为常数， 初始值为 1， 不断累加 1 直到满足公式 1。 此时需要跳过的帧数 NF ＝ cnt-1。
对于上述公式 1 的含义， 解释如下 ：
公式 1 目的是针对不同的视频流， 在用户要求的快进倍数下， 动态计算出最佳的 需要跳过的 I 帧个数。
其中涉及的含义为 ：
ltl-lsz， 表示播放到 Tpos 位置时， 相对于整个视频文件 Tpos 后面还剩余的 I 帧 数据量总和 ( 非绝对精确数据 ) ；
(ltl-lsz)/cnt， 表示是剩余 I 帧数据量除以 cnt， cnt 为 1 就是不需要跳帧， 实际 需要播放的数据就是后面剩余的所有 I 帧数据 ； cnt 为 2 就是挑 1 帧， 也就是间隔一个 I 帧 后取一个 I 帧的数据， 这样实际播放的 I 帧数据就为原来的 1/3 ； 依此类推 ；
T-ltm， 表示播放到 Tpos 位置时， 相对于整个视频文件 Tpos 后面还剩余的时间， 就 是播放 Tpos 后面剩余数据还需要多少时间 ；
((ltl-lsz)/cnt)/((T-ltm)/n， 显然可以看出公式 1 整个左边式子的含义是， 数 据量除以时间， 也就是单位时间内需要播放的数据量 ；
S/T， 表示播放原始视频流的平均速率， 由于视频流总会有波动， 所以播放带宽总 是比这个平均带宽要稍微大一点 ( 一般不会超过 10％ )。
综上所述， 公式 1 的含义是， 随着用户提出的 n 值变化时， 剩余数据的播放速率总 是不能超过源视频的平均速率， 如果超过了 cnt 就增加， 也就是跳帧， 以此来减少剩余 I 帧 的数据量， 以达到不等式成立的目的， 由于 cnt 的初始值为 1， 表示不跳帧， 所以真正跳帧的 数量 NF ＝ cnt-1。
公式 1 所带来的优势在于， 避免了跳帧太少， 剩余 I 帧数据量太多而使得播放带宽 不足， 同样也避免了跳帧太多， 剩余 I 帧数据量太少而使得有效带宽浪费， 并且如果播放的 I 帧太少， 播放出的画面会感觉前后跳跃太大， 画面内容不连贯， 影响用户体验。
2.4、
1) 向后跳过 NF 个 I 帧 ；
2) 从索引文件中取出下一个 I 帧的信息 ；
3) 根据 lst 与 led 标识的位置在源文件中获取到这个 I 帧的实际数据 ；
4) 如果这个位置中有 P 帧或者 B 帧的数据， 要将其过滤掉， 有时间戳信息也要将其 过滤掉， 然后计算新时间戳并按照新时间戳播放数据 ；
具体地， 对于时间戳的计算方法和插入规则， 介绍如下 ：
对于数字电视的视频流媒体， 出现一次时间戳的间隔不能地域 40 毫秒， 所以可设 置 time 时间长度 ( 小于 40 毫秒 ) 出现一次时间戳， 以当前视频播放的时间大小为基点这 个时间戳的时间增量大小就是 time， 间隔多大数据长度插入这个时间戳可以这样计算 ： 当 满足公式 1 不等式时， 不等式左边乘以时间 time 就可以得到间隔多少数据量 ( 该数据量 需换算成数据包的整数倍， 数据包就是数字电视媒体中视频流的基本单位 ) 插入一次时间 戳， 即， 间隔 (((ltl-lsz)/cnt)/((T-ltm)/n)*time 的数据量插入一次时间戳。
这样操作的时间戳的间隔是固定的， 但是它出现的位置是不固定的， 可以是一个 I 帧的开始、 中间或末尾， 带来的好处是无论各个 I 帧的数据量大小是否变化剧烈， 在传输过 程中都会在适当的位置出现时间戳将数据量变的平滑， 就是如果一个 I 帧的视频流数据量 大时， 在其中的时间戳就会变多， 从而以加长时间的代价， 最终将这个 I 帧数据流平稳的传 输， 如果一个 I 帧的数据量小， 这个 I 帧中出现对应的时间戳就会变少， 那么就会减少时间， 从而快速将这个 I 帧送出去， 以达到充分利用带宽的目的。 之后， 再按照顺序重复执行步骤 2.4 中的 1)-4)， 直至索引文件信息结束 ( 当前视 频播放完 )， 或者有其他需要打断此播放状态的请求出现。
3、 当接收到 n 倍数快退请求时， 分为以下几个处理步骤 ：
3.1、 同快进的 2.1 ；
3.2、 同快进的 2.2 ；
3.3、 通过如下方式确定需要跳过的 I 帧数量 NF ：
(lsz/cnt)/(ltm/n) ＜＝ S/T
……………………………………公式 2
这时需要跳过的 I 帧数量 NF ＝ cnt-1。
参考公式 1 的解释， 公式 2 的含义不难理解， 快退其实就是把已经播放的视频数据 中的 I 帧提取出来再按照要求播放一遍， 通过公式 2 控制播放这些 I 帧的速率不能超过源 视频流的平均速率， 如果超过了就增加 cnt 的值来达到跳帧的目的， 最后快退需要跳帧数 为 NF ＝ cnt-1。
3.4、
1) 向前跳过 NF 个 I 帧 ；
2) 从索引文件中取出前一个 I 帧的索引信息 ；
3) 根据 lst 与 led 标识的位置在源文件中获取这个 I 帧的实际数据 ；
4) 如果这个位置中有 P 帧或者 B 帧的数据， 则将其过滤掉， 有时间戳信息也要将其 过滤掉， 然后计算新时间戳并按照新时间戳播放数据 ；
具体地， 对于时间戳的计算方法和插入规则， 介绍如下 ：
对于数字电视的视频流媒体， 出现一次时间戳的间隔不能低于一定的阈值， 例如
40 毫秒， 因此可以设置 time 时间长度 ( 小于 40 毫秒 ) 出现一次时间戳， 以当前视频播放的 时间大小为基点， 这个时间戳的时间增量大小就是 time， 间隔多大数据长度插入这个时间 戳可以这样得到 ： 当公式 2 中的不等式成立时， 不等式左边乘以时间 time 就可以得到间隔 多少数据量插入一次时间戳， 即， 间隔 ((lsz/cnt)/(ltm/n))*time 的数据量插入一次时间 戳。由此带来的好处与快进中的时间戳类似。
之后， 再按照顺序重复 3.4 的 1)-4)， 直至索引文件信息结束 ( 相当于播放完毕 )， 或者有其他需要打断此播放状态的优先级高的请求出现。
上述是视频流快进快退方案的整个流程， 下面以图 1 作为实例说明其快进过程 ： 当前位置 Tpos 处于第 3 个 I 帧之前， 假设计算得到的 NF ＝ 2， 则跳过第 3-4 个 I 帧， 然后 取下一个 ( 即第 5 个 I 帧 ) 的数据播放 ； 然后， 再跳过第 6-7 个 I 帧， 再播放第 8 个 I 帧数 据， 依此类推， 直至视频播放完毕或者有其它的请求出现。
另外， 在视频处于快进或快退状态时， 若接收到正常播放视频的请求， 则只需要跳 过快进或快退的数据处理环节， 从源视频的当前位置 ( 快进或快退正在处理的位置 ) 开始 正常播放数据即可。当需要改变快进或快退的倍数时， 需要记录正在处理的索引中的 I 帧 信息， 并且和新的快进或快退倍数按照 2.3 或 3.3 重新计算出新的 NF 值， 然后再按照 2.4 或 3.4 进行处理。当接收到从指定时刻开始播放视频的请求时， 只需要在索引文件中找到 与此指定时间最接近的 I 帧， 从这一个 I 帧开始位置 (lst 在源视频中指定的位置 ) 开始播 放即可。
可见， 本发明将大量的源视频信息集中在索引文件中， 使得可以依赖索引文件轻 松实现快速快退以及指定时刻播放的功能， 本发明通过源视频的信息和快进快退的倍数， 实时计算出需要跳帧的帧数， 获取最优数据量的播放数据， 保证了网络带宽的处理能力， 也 充分利用了网络资源。相比于现有方案， 本发明根据当前视频中 I 帧的数据量， 平均带宽视 频播放时间等信息动态计算出若干倍数下这个视频最适合跳过的 I 帧数量， 并动态的在任 意位置插入时间戳， 有效地避免了带宽的浪费和码率不平稳的问题。 另外， 本发明在快进快 退时重新计算了时间戳， 使得视频流在传输过程中波动更小更稳定， 在实现快进快退时通 过索引文件获取源文件中指定 I 帧数据， 大大减小了需要处理的数据量， 也减小了硬盘读 取的负担。
以上所述仅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， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。