一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法技术

本发明专利技术涉及流媒体码率自适应技术领域，特别涉及一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法，包括统计前N个切片的下载速率数据，预测无线网络的带宽趋势以及带宽值；根据预测的带宽趋势、带宽值以及缓存占用情况，切片调度模型自适应选择最优码率；本发明专利技术的方法考虑多组参数，对无线网络的带宽变化趋势做出准确判断的同时，可以“平滑”处理带宽的短暂波动，本发明专利技术在维持较少码率切换次数的同时在视频播放过程中提供较高的平均码率，为观众提供良好的无线端视频体验质量。

【技术实现步骤摘要】
一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法
本专利技术涉及流媒体码率自适应
，特别涉及一种无线基于HTTP动态自适应流标准(DynamicAdaptiveStreamingoverHTTP，DASH)流媒体码率平滑自适应传输方法。
技术介绍
最近的研究表明，视频业务已经占据移动数据总量的66％，就国内而言更是达到了69.3％。而移动视频数据相比其他应用占据相当大的比例，移动视频流量的増长也十分迅速，尤其是近几年的増速，据Cisco研究报告预测，到2021年，78％的移动IP流量将由用户观看视频过程中的传输消耗。考虑到视频在移动网络中传输受众多因素的影响，比如无线网络网络状态以及缓冲队列大小等，而移动用户总是希望得到更好的视频质量、更小的延迟、更少的播放中断。故对移动端视频传输的相关研究显得很有意义。3G和4G移动通信的一个显著差异是多媒体服务取代语音服务成为最引人注目的需求。未来的5G预计将由软件定义网络支撑，主要承载多媒体流量。现在视频流量已经成为移动数据流量的一个重要组成部分，并且未来几年将持续增长。无线网络中带宽资源通常有限并且带宽不稳定，无线信道状况波动将会影响视频数据的传输，严重时数据包将会丢失，这将不能很好地保证用户观看体验。另外，在高密区域的场景，用户可用带宽会随着终端接入数目的变化而受到较大影响。因此，无线和移动网络环境中自适应多媒体技术匹配视频质量与时变的网络带宽的难度更高。因此，如何综合考虑终端的异构性和变化的网络环境，为用户提供良好的QoE是一项具有挑战性的工作。传统的流媒体协议，实时传输协议/实时流化协议(Real-timeTransportProtocol/Real-timeTransportControlProtocol，RTP/RTSP)使用面向无连接的用户数据报协议(UserDatagramProtocol，UDP)，在视频传输的过程中丢包率较高，并且难以穿越防火墙以及网络地址转换器(NetworkingAddressTranslator，NAT)。此外，RTP/RTSP协议的流媒体传输需要特定的服务器，部署成本高。因此，基于HTTP动态自适应流标准DASH应运而生。DASH采用HTTP协议作为传输协议能够很好地解决防火墙、网络地址转换穿越问题，同时能够有效利用现有的网络服务体系架构，现有的HTTP服务器就能提供良好的视频服务，大大减少了部署成本。目前，DASH算法的研究主要集中在有线网络应用场景的PC端，而智能移动端上的流媒体自适应算法研究还较少。由于移动设备使用场景的多变性、复杂性，因此存在着信号传输过程中时延高、丢包率高以及网络类型切换导致的带宽波动幅度大等问题。现有基于有线网环境的HTTP流媒体码率自适应算法如Adobe公司的OSMF流媒体播放器，其自适应机制是根据最近请求的两个片段的下载时长来估计可用带宽，而下一个片段的码率则是小于该估计带宽的最大等级码率。文献《RateAdaptationforAdaptiveHTTPStreaming》(C.Liu,I.Bouazizi,andM.Gabbouj,“RateAdaptationforAdaptiveHTTPStreaming,”inProc.ACMMMSys,pp.169–174,Feb.2011)中提出一种缓存保存速率自适应机制的RAAHS算法，采用保守的逐级切换策略来提高视频比特率。同时，当下载速率变小时，采用激进的策略迅速降低切片的码率，该算法能够较好地将缓存占用稳定在目标区间，但是带宽变化频繁时，选择的码率等级很不稳定。文献《Fuzzy-BasedMPEG/DASHAdaptationAlgorithm》(VergadosDJ,MichalasA,SgoraA,etal.FDASH:AFuzzy-BasedMPEG/DASHAdaptationAlgorithm[J].IEEESystemsJournal,2016,10(2):859-868)所提出的FDASH算法则运用模糊逻辑控制器，根据当前播放缓存与目标缓存的差值和播放缓存变化量这两个参数，结合滑动窗口取最近一段时间内切片下载的平均速率数据，按照一定的规则控制输出码率。FDASH在缓存控制方面性能很好，但是仅以一段时间内均值作为带宽预测值，存在着估计值迟滞于实时带宽的情况，从而导致码率上升、下降的速度趋于迟缓，不能快速适应波动频率高的网络环境。文献《AnovelbandwidthestimationmethodbasedonMACDforDASH》(VuVH,MashalI,ChungTY.ANovelBandwidthEstimationMethodBasedonMACDforDASH[J].KsiiTransactionsonInternet&InformationSystems,2017,11)提出了一种基于带宽估计的模型来选择比特率，利用MACD指标判断无线网络的波动趋势并预测带宽，然后相对独立地考虑缓存占用情况保守作出码率机械地上升、保持和下降选择，MACD指标选取的数据样本较大，因此对最近的带宽波动趋势感应比较迟钝，切片码率切换时间滞后，虽然视频码率能够比较平稳切换，但是平均码率偏低。
技术实现思路
对以上存在的问题，本专利技术提出了一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法，包括：统计前N个切片的下载速率数据，预测无线网络的带宽趋势以及带宽值；根据预测的带宽趋势、带宽值以及缓存占用情况，切片调度模型自适应选择最优码率。优选的，预测无线网络的带宽值包括：利用滑动窗口选定最近N个切片并统计切片的下载速率，计算出下载速率的平均值davg、标准差σN，并得到带宽带宽偏移系数cv；若带宽偏移系数在集中(0,θ)之间时，则将网络状态看做是长期平稳或者短期波动，使用最近M个切片下载速率平均值作为带宽的预测值，其中θ为带宽偏移系数的稳定阈值，M≤N；当带宽偏移系数cv>θ时，可以认为带宽具有持续性大幅上升或者下降趋势，考虑到与第i+1个切片越靠近的切片下载速率相关性越大，利用指数平均数指标(ExponentialMovingAverage，EMA)平滑公式计算带宽的预测值；其中θ表示带宽偏移系数的额稳定阈值。优选的，带宽带宽偏移系数cv的计算包括：其中，dj表示第j个切片的下载速率。优选的，根据预测的带宽趋势、带宽值以及缓存占用情况，切片调度模型自适应选择最优码率包括：S1、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足q(t)<qmin，选择第i+1个切片的码率等级为最低码率等级，即li+1＝r0；S2、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足qmin≤q(t)<qlow，根据带宽变化趋势选择第i+1个切片的码率等级；S3、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足qlow≤q(t)<qhigh，根据带宽带宽偏移系数cv和带宽变化趋势选择第i+1个切片的码率等级；S4、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足qhigh≤q(t)<qmax，延迟ts直到缓存占用下降到目标区间内后，根据cv和带宽变化趋势选择第i+1个切片的码率等级；其中，qmin表示第一阈值，qlo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法，其特征在于，包括：统计前N个切片的下载速率数据，预测无线网络的带宽趋势以及带宽值；根据预测的带宽趋势、带宽值以及缓存占用情况，切片调度模型自适应选择最优码率。

【技术特征摘要】
1.一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法，其特征在于，包括：统计前N个切片的下载速率数据，预测无线网络的带宽趋势以及带宽值；根据预测的带宽趋势、带宽值以及缓存占用情况，切片调度模型自适应选择最优码率。2.根据权利要求1所述的一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法，其特征在于，预测无线网络的带宽值包括：利用滑动窗口选定最近N个切片并统计切片的下载速率，计算出切片下载速率的平均值davg、标准差σN，并得到带宽带宽偏移系数cv；若带宽偏移系数cv在(0,θ)之间时，则将网络状态看做是长期平稳或者短期波动，使用最近M个切片下载速率平均值作为带宽的预测值，其中θ为带宽偏移系数的稳定阈值，M≤N；当带宽偏移系数cv>θ时，若下载速率在单调周期内呈单调上升或单调下降，则利用指数平均数指标EMA平滑公式计算带宽的预测值，否则使用最近M个切片下载速率平均值作为带宽的预测值。3.根据权利要求2所述的一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法，其特征在于，带宽偏移系数cv的计算包括：其中，dj表示第j个切片的下载速率。4.根据权利要求1所述的一种无线DASH流媒体码率平滑自适应传输方法，其特征在于，所述根据预测的带宽趋势、带宽值以及缓存占用情况，切片调度模型自适应选择最优码率包括：S1、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足q(t)<qmin，选择第i+1个切片的码率等级为最低码率等级，即li+1＝r0；S2、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足qmin≤q(t)<qlow，根据带宽变化趋势选择第i+1个切片的码率等级；S3、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足qlow≤q(t)<qhigh，根据带宽带宽偏移系数cv和带宽变化趋势选择第i+1个切片的码率等级；S4、若当前第i个切片时的缓存占用q(t)满足qhigh≤q(t)<qmax，延迟ts直到缓存占用下降到目标区间内后，根据cv和带宽变化趋势选择第i+1个切片的码率等级；其中，qmin表示第一阈值，qlow表示第二阈值，qhigh表示第三阈值，qmax表示第四阈值，li+1表示第i+1个切片的码率等级，r0表示码率等级为0。5.根据权利要求3所述的一种无线DA...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄胜，付园鹏，贾艳秋，司朋涛，肖傲，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50