一种基于感兴趣区域的云游戏平台自适应带宽优化方法技术

本发明专利技术公开一种基于感兴趣区域的云游戏平台自适应带宽优化方法，包括：将云游戏平台运行周期切割成若干个时间段；在每一个时间段开始时，中央控制单元获取每个游戏用户的带宽信息；中央控制单元基于当前收集的带宽信息求解决策结果，其决策结果包括每个游戏用户的感兴趣区域大小；基于获取的决策结果对每一个游戏用户的游戏画面进行视频编码。本发明专利技术充分考虑了不同游戏类型对于用户体验质量的影响，针对不同的游戏类型提出了对应的视频编码参数选择方式。同时，本发明专利技术还充分考虑了生物学、认知心理学与计算机科学对人类视觉系统的研究成果，通过调整游戏画面中感兴趣区域大小，在尽可能少地影响用户体验质量的前提下，降低云游戏对带宽的占用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及云游戏和云计算资源管理领域，具体涉及了一种基于感兴趣区域的云游戏平台自适应带宽优化方法。
技术介绍
近年来，随着宽带技术的普及，GPU虚拟化技术的快速发展以及游戏产业的高速发展，越来越多的厂商开始推广云游戏技术。云游戏平台是以云计算为基础的游戏方式，服务器端收集客户端的用户输入，游戏逻辑及游戏画面渲染都在服务器端运行，服务器将渲染完毕后的游戏画面编码为视频流后通过网络传送给用户。用户不需要购买价格昂贵的处理器和显卡，不需要下载容量庞大的游戏安装文件，只需要有良好的网络连接，以及基础的视频解压能力即可进行游戏。云游戏技术还可以让用户在移动终端上享受到以往只能在PC平台上运行的游戏。云游戏平台架构主要由游戏用户和云游戏服务提供商构成。云游戏服务提供商提供若干种游戏供用户选择，用户根据喜好选择不同的游戏。用户对不同的游戏类型有不同的画质要求，同时不同的游戏类型对网络带宽的消耗也不一样。随着游戏质量的日益进步，游戏的分辨率与游戏画面的精细程度日益提高，从而导致游戏画面编码后产生的视频大小也不断提高。不断提高的游戏视频大小不但给云游戏提供商造成了网络带宽的成本压力，也提高了云游戏用户的使用门槛。因此在尽可能少的影响画质的前提下降低云游戏对带宽的占用，能够为云游戏提供商和用户带来双赢。根据生物学、认知心理学和计算机科学等多个学科的研究成果，人类视觉系统(HumanVisualSystem，HVS)面对复杂的场景时，能够迅速将注意力集中在少数显著的视觉对象上对其优先处理。基于这一思想，感兴趣区域(RegionofInterest，ROI)被提出并逐渐发展。从图像或视频画面中提取感兴趣区域有多种方法，如手工指定、利用外设采集用户注视点、基于视觉注意模型提取、基于特定对象分割等方法。在确定了感兴趣区域的大小及位置之后，可以通过设置视频编码器的相关编码参数，控制感兴趣区域内部和外部的视频质量，从而控制游戏视频的大小。通过适当的方法选定感兴趣区域的大小以及感兴趣区域内部和外部的视频质量，可以实现游戏视频质量与游戏视频所需带宽之间的平衡。综上所述，从云游戏提供商的角度出发，为了降低带宽成本，同时保证游戏用户的良好游戏体验，云游戏平台需要设计一种方法来选择用户的感兴趣区域大小，使得云游戏提供商能够在保证用户体验的前提下尽可能节约带宽成本。“H.J.Hong，C.F.Hsu，T.H.Tsai，C.Y.Huang，K.T.ChenandC.H.Hsu，“EnablingAdaptiveCloudGaminginanOpen-SourceCloudGamingPlatform”，IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology，Volume.25，Issue.12，Page2078-2091，2015.”测量了游戏用户体验质量与游戏视频帧率和码率之间的关系，并提出了调整游戏视频帧率与码率来调整云游戏视频占用带宽的自适应优化方法。该技术中调整游戏帧率和码率属于全局参数调节，没有考虑游戏画面中重要区域与非重要区域对用户的体验质量影响不同的因素，对用户体验质量的影响较大。“E.Cuervo，A.Wolman，L.P.Cox，K.Lebeck，A.Razeen，S.SaroiuandM.Musuvathi，“Kahawai:High-QualityMobileGamingUsingGPUOffload”，inMobiSys，2015.”提出了云游戏服务端和客户端均拥有完整的游戏程序与数据，通过协同工作的方式生成游戏画面的技术。客户端运行游戏并生成低画质的画面。服务器端分别运行两个游戏实例生成低画质和高画质的画面，并计算两个画面之间的差值，然后将差值画面编码后传输到客户端。客户端将本地生成的低画质画面与解码后的差值画面合并生成较高画质的画面。该技术通过传输编码后的差值画面可以降低云游戏的带宽需求。在该技术中，由于要求客户端也需要拥有完整的游戏程序和数据，导致客户端也需要安装完整的游戏程序，与云游戏节约用户端空间的初衷存在冲突。同时，由于客户端也需要运行游戏程序，这使得客户端无法跨平台跨终端进行游戏，同时也提高了客户端的硬件需求。“M.S.Hossain，G.Muhammad，B.Song，M.M.Hassan，A.AlelaiwaiandA.Alamri，“Audio-VisualEmotion-AwareCloudGamingFramework”，IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology，Volume.25，Issue.12，Page2105-2118，2015.”提出了一种基于用户音频和视频反馈的可感知用户情绪的云游戏平台框架。该技术通过调节游戏视频画面的颜色分量以及亮度和对比度，来增强游戏用户的体验质量。该技术调节的参数(颜色分量、亮度及对比度)对用户的体验质量的影响并不显著。该技术无法实现带宽的优化。同时，通过用户的音频和视频反馈的情绪分类和标注如何保证准确性仍存在一定的问题。“W.Cai，Z.Hong，X.Wang，H.C.B.ChanandV.C.M.Leung，“QualityofExperienceOptimizationforCloudGamingSystemwithAd-hocCloudletAssistance”，IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology，Volume.25，Issue.12，Page2092-2104，2015.”该技术提出了局域网内部的游戏用户通过自组网的方式相互共享相似的游戏画面，从而实现降低云游戏用户总体带宽需求的目标。该技术的前提假设是局域网内部的用户大部分都在进行相同的游戏，同时游戏画面之间具有较高的相似性，然而在现实情况中该假设难以实现。另外，设备通过自组网共享游戏画面，会增加移动终端的电量消耗，该技术缺乏对用户共享计算能力的激励措施，难以在现实情况中应用。
技术实现思路
针对目前云游戏平台存在的带宽占用过高问题，为了在满足游戏用户体验的基础上，尽可能降低云游戏运营商的带宽成本以及用户的网络带宽需求，本专利技术提出了一种基于感兴趣区域的云游戏平台自适应带宽优化方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于感兴趣区域的云游戏平台自适应带宽优化方法，包括以下步骤：S1.将云游戏平台运行周期切割成若干个时间段；S2.在每一个时间段开始时，中央控制单元获取每个游戏用户的带宽信息；S3.中央控制单元基于当前收集的带宽信息求解决策结果，其决策结果包括每个游戏用户的感兴趣区域大小；S4.基于获取的决策结果对每一个游戏用户的游戏画面进行视频编码；步骤S3中求解获得决策结果的方式为：云游戏运营商通过中央控制单元收集每个用户当前带宽信息，通过贪心算法分配不同的感兴趣区域大小给各个用户，保证每个用户的游戏视频带宽不超过其网络带宽，所有用户占用的总带宽不超过服务器出口带宽，同时使整体的QoE指标之和最大化；步骤S4中进行视频编码的方式为：云游戏服务商使用视频编码器，根据预先设定的各用户的感兴趣区域外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于感兴趣区域的云游戏平台自适应带宽优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将云游戏平台运行周期切割成若干个时间段；S2.在每一个时间段开始时，中央控制单元获取每个游戏用户的带宽信息；S3.中央控制单元基于当前收集的带宽信息求解决策结果，其决策结果包括每个游戏用户的感兴趣区域大小；S4.基于获取的决策结果对每一个游戏用户的游戏画面进行视频编码；步骤S3中求解获得决策结果的方式为：云游戏运营商通过中央控制单元收集每个用户当前带宽信息，通过贪心算法分配不同的感兴趣区域大小给各个用户，保证每个用户的游戏视频带宽不超过其网络带宽，所有用户占用的总带宽不超过服务器出口带宽，同时使整体的QoE指标之和最大化；步骤S4中进行视频编码的方式为：云游戏服务商使用视频编码器，根据预先设定的各用户的感兴趣区域外部和内部的QP差值，与步骤S3中得到的感兴趣区域大小共同生成画面中每一个Macro Block的QP值，然后视频编码器接口进行画面编码。

【技术特征摘要】
1.一种基于感兴趣区域的云游戏平台自适应带宽优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将云游戏平台运行周期切割成若干个时间段；S2.在每一个时间段开始时，中央控制单元获取每个游戏用户的带宽信息；S3.中央控制单元基于当前收集的带宽信息求解决策结果，其决策结果包括每个游戏用户的感兴趣区域大小；S4.基于获取的决策结果对每一个游戏用户的游戏画面进行视频编码；步骤S3中求解获得决策结果的方式为：云游戏运营商通过中央控制单元收集每个用户当前带宽信息，通过贪心算法分配不同的感兴趣区域大小给各个用户，保证每个用户的游戏视频带宽不超过其网络带宽，所有用户占用的总带宽不超过服务器出口带宽，同时使整体的QoE指标之和最大化；步骤S4中进行视频编码的方式为：云游戏服务商使用视频编码器，根据预先设定的各用户的感兴趣区域外部和内部的QP差值，与步骤S3中得到的感兴趣区域大小共同生成画面中每一个MacroBlock的QP值，然后视频编码器接口进行画面编码。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中求解获得决策结果的方式具体为：假设有N个用户连接到云游戏服务器上进行游戏，云游戏提供商共提供K种游戏；令di(t)为用户i在第t个时间段所分配的感兴趣区域大小；为游戏类型k的用户QoE与感兴趣区域大小之间的函...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，柯毅豪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44