一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法技术方案

本发明专利技术属于音视频传输技术领域，公开了一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法，在基于HTTP动态自适应媒体传输协议的系统框架下，客户端根据估计的网络端到端吞吐量和缓冲区状态信息，动态的调整播放视频码率。本发明专利技术方法在播放启动阶段，利用类TCP慢启动的码率选择方法，在保证启动时延低、播放流畅的同时，提升了网络带宽的利用率；在播放的稳定阶段，基于Kaufman的自适应移动平均算法计算网络端到端的吞吐量，降低了网络带宽瞬时变化对码率造成的影响；同时，引入随机因子的码率切换时间选择方法，降低了视频播放过程中码率频繁变化造成的视频质量抖动问题，提升了用户的体验质量。

A two phase client rate selection method for DASH transmission system

The invention belongs to the field of audio and video transmission technology, and discloses a two stage client bit rate selection method for the DASH transmission system. Under the framework of the HTTP dynamic adaptive media transmission protocol, the client dynamically adjusts the playback video bit rate according to the estimated network end to end throughput and buffer state information. In the playing start stage, the method uses the rate selection method of slow start of class TCP to improve the utilization of network bandwidth while ensuring low start time delay and smooth playing. In the stable stage of playing, the adaptive mobile average algorithm based on Kaufman is used to calculate the end to end throughput of the network, and the network bandwidth is reduced. At the same time, the rate switching time selection method, which introduces random factors, reduces the video quality jitter caused by frequent change of bit rate during video playing, and improves the user's quality of experience.

【技术实现步骤摘要】
一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法
本专利技术涉及音视频传输
，尤其涉及一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法。
技术介绍
随着互联网和移动通信技术的飞速发展，音视频传输业务已经成为互联网上的主流业务，人们通过个人电脑以及移动智能终端可以随时随地获取视频资源。据Cisco公司2017年3月发布的《思科视觉网络指数：全球移动数据流量预测更新(2016-2021白皮书)》指出，到2021年，全球超过四分之三(78％)的移动数据流量将是视频流量。基于HTTP的动态自适应流媒体传输技术(HAS)由于具有良好的防火墙穿透能力和NAT转换能力，能够适应网络的动态性、终端的异质性，解决不同接入速度、不同终端设备的用户享受不同服务质量的问题，成为当今主流的商业视频服务提供商采用的主要技术。基于HTTP的动态自适应流媒体技术(DynamicAdaptiveStreamingoverHTTP，以下简称DASH)是一种流化和HTTP渐进式下载(ProgressiveDownloaded)的混合分发方法，其基本原理是：同一视频/音频源文件被编码为不同质量级别的媒体副本，每个视频副本又被切分成小的片段。这些片段的描述信息存储在媒体表示描述文件(MPD)中。视频分段及MPD文件存储在web服务器中。当客户端观看音视频时，向服务器发送HTTPGet请求，web服务器将此视频相应的MPD文件反馈给客户端。客户端解析MPD文件，获取不同视频段的描述信息，并根据播放设备能力和网络带宽的变化情况，由服务器或客户端动态选择合适码率的视频分段进行播放。这种方式，由于可以根据网络带宽变化，动态选择并调整与服务器之间数据传输速率，极大地降低了播放过程中出现重缓冲的次数，提升了播放的流畅性，实现多媒体内容的无缝传送和播放。因此码率自适应选择方法是DASH系统的核心。当前，码率自适应选择方法主要基于客户端的决策，由客户端通过评估与服务器的可用网络带宽或自身播放缓冲变化情况来确定需要下载的视频分段并播放。然而，基于不准确带宽估计的速率选择算法会导致客户端选择的速率出现“螺旋式下降”现象。瞬时带宽的变化会导致播放出现重缓冲的频率提高。同时，频繁的播放速率的变化，严重影响了视频播放过程中用户体验质量。而基于缓冲状态的码率选择方法，由于缓冲状态变化对于端到端吞吐量变化反应的迟缓，导致网络带宽不能有效利用。因此，如何在降低播放过程重缓冲率的同时，提升网络带宽的利用率，进而提升用户观看视频的体验质量，成为当前DASH系统亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本申请实施例通过提供一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法，解决了现有技术中视频播放出现重缓冲的频率较高、频繁的视频播放码率变化影响用户体验质量、网络宽带的利用率较低的问题。本申请实施例提供一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法，将客户端的播放过程定义为两阶段：播放启动阶段、播放稳定阶段；预设初始缓冲区阈值Binit、目标缓冲区阈值Bref、最大缓冲区阈值Bmax；若当前缓冲区大小Bcurr小于等于初始缓冲区阈值Binit，则客户端处于播放启动阶段；若当前缓冲区大小Bcurr大于初始缓冲区阈值Binit，则客户端处于播放稳定阶段；在播放启动阶段采用类TCP慢启动的码率选择方法；在播放稳定阶段采用带宽估计与缓冲区大小反馈的码率选择方法，并引入随机因子的码率切换时间选择方法。优选的，所述DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法包括以下步骤：步骤S1、客户端和服务器端建立连接，并解析MPD文件；步骤S2、MPD文件解析后，客户端进入播放启动阶段，采用类TCP慢启动方式，包括以下子步骤：步骤S2-1、客户端根据解析的MPD文件获得视频分段的URL所对应的目标视频码率，并以最小码率V1下载第一个视频分段；其中，目标视频码率包括V1、V2、…、Vk、Vk+1、…、Vn，且V1＜V2＜…＜Vk＜Vk+1＜…＜Vn；步骤S2-2、计算下载完第一个视频分段的网络吞吐量T1；步骤S2-3、启动下载视频分段计数器Count，设置其初值为0；步骤S2-4、将当前缓冲区大小Bcurr与预设的初始缓冲区阈值Binit进行比较，若Bcurr≤Binit，则执行步骤S2-5；否则，执行步骤S3；步骤S2-5、比较Ti与vi的大小，如果Ti≥4×vi，则计数器Count加1，否则，Count等于0；其中，Ti为下载完第i个视频分段的网络吞吐量，vi为下载第i个视频分段的速率；步骤S2-6、若Count≥4，vi＝Vk，则第i+1个视频分段的下载速率为vi+1＝Vk+1，Count重置为0；否则，第i+1个视频分段的下载速率采用第i个视频分段的下载速率，即vi+1＝vi＝Vk；步骤S2-7、客户端向服务器发送请求，请求码率为vi+1的第i+1个视频分段；步骤S2-8、完成第i+1个视频分段的下载,并计算下载完第i+1个视频分段的网络吞吐量Ti+1；步骤S2-9、迭代执行S2-4，直到Bcurr>Binit，执行步骤S3；步骤S3、当缓冲区长度Bcurr>Binit时，进入播放稳定阶段，确定第i+1个视频分段的码率包括以下子步骤：步骤S3-1、根据Kaufman的自适应移动平均算法KAMA来评估下载完第i个视频分段后端到端的网络带宽其中，Ci是下载完第i个视频分段后测量的网络带宽权值，为下载完第i-1个视频分段后端到端的网络带宽；步骤S3-2、根据当前缓冲区状态，确定调节因子A(i)，A(i)＝As(i)×At(i)；其中，As(i)是下载第i个视频分段开始时刻当前缓冲区大小Bcurr与目标缓冲区阈值Breg的距离因子，At(i)是开始下载第i个视频分段时缓冲区大小的变化趋势因子；步骤S3-3、调整第i个视频分段下载后估计的端到端网络带宽值，获得调节网络带宽步骤S3-4、播放稳定阶段的码率选择包含以下子步骤：步骤S3-4-1、将客户端当前缓冲区大小Bcurr与目标缓冲区阈值Breg进行比较，若Binit<Bcurr≤Breg，则执行以下操作：步骤S3-4-1-1、如果Breg/2>Bcurr>Binit，则第i+1个视频分段的码率vi+1＝Q(Ti)，Q(Ti)表示小于或等于Ti的最大目标视频码率；步骤S3-4-1-2、如果Breg/2≤Bcurr，则执行以下操作：设置平滑计数器s_count，初值为0；若则vi+1＝vi，s_count＝0；若则s_count自增1，并将s_count与预设的抖动平滑参数m进行比较；如果s_count<m，则vi+1＝vi；否则s_count＝0；其中，表示小于或等于的最大目标视频码率；步骤S3-5、根据码率切换时机选择方法，客户端向服务器发送视频分段下载请求的时机，请求码率为vi+1的第i+1个视频分段；码率切换时机选择包括以下子步骤：步骤S3-5-1、若Breg/2≤Bcurr≤Breg，则在下载完第i个视频分段，并确定第i+1个视频分段的下载速率vi+1后，立即向服务器发送下载第i+1个视频分段的请求，即ti+1(s)＝ti(e)；其中，ti+1(s)为第i+1个视频分段下载开始的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法，其特征在于，将客户端的播放过程定义为两阶段：播放启动阶段、播放稳定阶段；预设初始缓冲区阈值Binit、目标缓冲区阈值Bref、最大缓冲区阈值Bmax；若当前缓冲区大小Bcurr小于等于初始缓冲区阈值Binit，则客户端处于播放启动阶段；若当前缓冲区大小Bcurr大于初始缓冲区阈值Binit，则客户端处于播放稳定阶段；在播放启动阶段采用类TCP慢启动的码率选择方法；在播放稳定阶段采用带宽估计与缓冲区大小反馈的码率选择方法，并引入随机因子的码率切换时间选择方法。

【技术特征摘要】
1.一种DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法，其特征在于，将客户端的播放过程定义为两阶段：播放启动阶段、播放稳定阶段；预设初始缓冲区阈值Binit、目标缓冲区阈值Bref、最大缓冲区阈值Bmax；若当前缓冲区大小Bcurr小于等于初始缓冲区阈值Binit，则客户端处于播放启动阶段；若当前缓冲区大小Bcurr大于初始缓冲区阈值Binit，则客户端处于播放稳定阶段；在播放启动阶段采用类TCP慢启动的码率选择方法；在播放稳定阶段采用带宽估计与缓冲区大小反馈的码率选择方法，并引入随机因子的码率切换时间选择方法。2.根据权利要求1所述的DASH传输系统两阶段客户端码率选择方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、客户端和服务器端建立连接，并解析MPD文件；步骤S2、MPD文件解析后，客户端进入播放启动阶段，采用类TCP慢启动方式，包括以下子步骤：步骤S2-1、客户端根据解析的MPD文件获得视频分段的URL所对应的目标视频码率，并以最小码率V1下载第一个视频分段；其中，目标视频码率包括V1、V2、…、Vk、Vk+1、…、Vn，且V1＜V2＜…＜Vk＜Vk+1＜…＜Vn；步骤S2-2、计算下载完第一个视频分段的网络吞吐量T1；步骤S2-3、启动下载视频分段计数器Count，设置其初值为0；步骤S2-4、将当前缓冲区大小Bcurr与预设的初始缓冲区阈值Binit进行比较，若Bcurr≤Binit，则执行步骤S2-5；否则，执行步骤S3；步骤S2-5、比较Ti与vi的大小，如果Ti≥4×vi，则计数器Count加1，否则，Count等于0；其中，Ti为下载完第i个视频分段的网络吞吐量，vi为下载第i个视频分段的速率；步骤S2-6、若Count≥4，vi＝Vk，则第i+1个视频分段的下载速率为vi+1＝Vk+1，Count重置为0；否则，第i+1个视频分段的下载速率采用第i个视频分段的下载速率，即vi+1＝vi＝Vk；步骤S2-7、客户端向服务器发送请求，请求码率为vi+1的第i+1个视频分段；步骤S2-8、完成第i+1个视频分段的下载,并计算下载完第i+1个视频分段的网络吞吐量Ti+1；步骤S2-9、迭代执行S2-4，直到Bcurr>Binit，执行步骤S3；步骤S3、当缓冲区长度Bcurr>Binit时，进入播放稳定阶段，确定第i+1个视频分段的码率包括以下子步骤：步骤S3-1、根据Kaufman的自适应移动平均算法KAMA来评估下载完第i个视频分段后端到端的网络带宽其中，Ci是下载完第i个视频分段后测量的网络带宽权值，为下载完第i-1个视频分段后端到端的网络带宽；步骤S3-2、根据当前缓冲区状态，确定调节因子A(i)，A(i)＝As(i)×At(i)；其中，As(i)是下载第i个视频分段开始时刻当前缓冲区大小Bcurr与目标缓冲区阈值Breg的距离因子，At(i)是开始下载第i个视频分段时缓冲区大小的变化趋势因子；步骤S3-3、调整第i个视频分段下载后估计的端到端网络带宽值，获得调节网络带宽步骤S3-4、播放稳定阶段的码率选择包含以下子步骤：步骤S3-4-1、将客户端当前缓冲区大小Bcurr与目标缓冲区阈值Breg进行比较，若Binit<Bcurr≤Breg，则执行以下操作：步骤S3-4-1-1、如果Breg/2>Bcurr>Binit，则第i+1个视频分段的码率vi+1＝Q(Ti)，Q(Ti)表示小于或等于Ti的最大目标视频码率；步骤S3-4-1-2、如果Breg/2≤Bcurr，则执行以下操作：设置平滑计数器s_count，初值为0；若则vi+1＝vi，s_count＝0；若则s_count自增1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红云，姜庆，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42