一种基于代理服务器的DASH流媒体直播系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于代理服务器的DASH流媒体直播系统及方法，所述系统包括：DASH服务器；代理服务器，向DASH服务器请求视频分片并存储，增加码率重要性表，用来合并客户端的视频请求；客户端，向代理服务器发送视频分片请求，客户端使用码率切换方法来选择视频分片以更高效利用当前带宽以及缓存。本发明专利技术设计了新的基于代理服务器的网络拓扑模式，在客户端给出了适应当前带宽的DASH直播系统的码流切换方法，并在代理服务器端提出了动态缓存方法。本发明专利技术解决了DASH直播系统中码流切换过于频繁的问题，减小了网络的负载压力，从而提高了DASH协议在直播环境应用中的QoE性能和网络性能方面的表现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种流媒体领域的方法，具体是一种基于代理服务器的DASH流媒体直播系统及方法。
技术介绍
移动互联网的快速发展带来了视频服务的繁荣，但是与桌面设备相比，移动视频服务需要解决带宽不稳定的问题。传统的基于UDP的流媒体传输方法限制了一个固定的码率，极大地限制了其在移动环境下的使用，此外，传统的基于UDP的流媒体技术还面对着诸多不兼容的问题，比如NAT和防火墙的不兼容。以上种种使得基于UDP的流媒体技术成为了一种过时的解决方案。新的基于HTTP的技术应运而生，这就是MPEG-DASH(DynamicAdaptiveStreamingoverHTTP)鸡蛋糊，自从MPEG-DASH发布以来(2011年)，许多的科研人员致力于提高DASH协议的表现，并取得了斐然的成绩。但是DASH协议的诞生更多是为了解决点播过程中的技术瓶颈，DASH的类点播的性质使它在直播中有着一些缺陷，比如时延过高的问题。随后有研究表明，通过减少单一分片的时间可以有效解决DASH的高时延问题，此外，如果使用更密集的码率分布，可以获得更为流畅的播放，但是未经优化直接使用传统的切换方法，则会出现其他的问题，集中在表现在两个方面：第一，不同码率的码流的频繁切换，研究证明这反过来将会降低用户的主观体验，第二，过多的码率点将会降低边缘服务器缓存命中率，降低主干网效率。
技术实现思路
本专利技术为了解决码率的频繁切换以及边缘服务器缓存命中率下降的问题，提出了一种基于代理服务器的DASH流媒体直播系统及方法，使用使得播放的过程更为平滑，同时并不增加主干网的负载压力。根据本专利技术的第一方面，提供一种基于代理服务器的DASH流媒体直播系统，包括：DASH服务器：用于提供多种多码率视频分片，将DASH视频流编码成多个码率点；代理服务器：向DASH服务器请求视频分片并存储，所述代理服务器中采用动态缓存方法，即在现有DASH网络的边缘服务器的基础上增加码率点重要性表，用来合并客户端的视频请求，从而减轻主干网压力，码率点重要性表会随着不同时间视频分片的请求不断更新；客户端：向代理服务器发送视频分片请求，客户端使用码率切换方法来选择视频分片以更高效利用当前带宽以及缓存。优选地，所述代理服务器，具有如下特征：代理服务器遵循DASH协议，即DASH分片的码率信息能被代理服务器获得并统计的；代理服务器根据DASH请求维护了一张各码率点重要性表，代理服务器将只缓存码率点重要性表中前n重要的码率点，其中n为缓存数，该参数提前设定，以平衡网络效率和视频质量表现；代理服务器响应DASH请求时，由于只有部分码率点被缓存，代理服务器能重写DASH请求，对请求的码率点在码率点重要性表中进行向下搜索，取最近码率点返回。更优选地，所述代理服务器一直缓存最低码率点作为保险码率点。优选地，所述码率点重要性表是各码率点重要性的描述，各点的重要性增量值会在代理服务器每次响应DASH请求的时候，根据DASH请求的具体内容计算所得；每次增量之后，需对表进行归一化，使码率点重要性表的总体和为恒定值。优选地，所述重要性增量值，利用修正的正态分布进行估计，使其与客户端数目相关联，其中标准正态分所述布密度函数Q：Q=12πσexp(-(I-Ireq)22σ2)]]>修正之后的概率密度函数为其中C3u用来使小于本次所请求码率的部分所占比重更大，即码率小于本次所请求码率时u＞0，另外：σ=C2N3]]>其中：n为最大缓存数量；Ireq为DASH请求的码率点编号；Inext为下一次可能被请求的码率点编号；为第I个码率点的重要性；为重要性的增量；C2为方差修正因数；C3为倾斜因数；C4为修正因数；N为总码率点；m为总用户数。根据本专利技术的第二方面，提供一种上述所述系统的客户端使用的码率切换方法，所述码率切换方法的切换由当前的缓冲区满溢程度决定，下一个分片的码率理论最高值ri+1MAX由下面的公式决定，在编码器中产生的所有码率点中选择比ri+1MAX小但是最接近的一个；其中T是一个视频分片的时间，bli由之前所取得的视频分片所确定，表示当前缓冲区的空白程度，即bli越大，缓冲区可用的空间越大；使用下面的公式对带宽估计进行修正，的获得是基于SFT的，它是带宽估计的滑动平均值，通过如下公式获得：该公式中，SFT表示当前时刻的带宽估计值，是下载一个视频分片所需要的时间，通过调用系统的时间模块来获得；是前一个分片时刻的带宽估计的滑动平均值，C1是加权参数，i表示所请求的第i个时间段的视频分片。根据本专利技术的第三方面，提供一种上述系统的代理服务器端使用的动态缓存方法：包括如下步骤：(1)客户端根据当前带宽及缓存情况向代理服务器发送视频分片请求；(2)代理服务器会根据DASH请求维护一张各码率点重要性表，代理服务器将只缓存表中前n重要的码率点，其中n为缓存数，需要提前设定，以平衡网络效率和质量表现；(3)代理服务器响应DASH请求时，由于只有部分码率点被缓存，代理服务器能重写DASH请求，对请求的码率点在表中进行向下搜索，取最近码率点，如果代理服务器中有这个请求的码率点，那么将把它直接返回，如果没有，代理服务器将向DASH服务器请求码率分片；(4)当请求下一视频分片时将重复上述步骤，同时各码率点重要性表将更新。根据本专利技术的第四方面，提供一种基于代理服务器的DASH流媒体直播方法，包括如下步骤：(1)客户端根据当前带宽及缓存情况向代理服务器发送视频分片请求；(2)代理服务器响应DASH请求时，由于只有部分码率点被缓存，代理服务器能重写DASH请求，对请求的码率点在码率重要性表中进行向下搜索，取最近码率点。如果代理服务器中有这个请求的码率点，那么将把它直接返回，如果没有，代理服务器将向DASH服务器请求码率分片；(3)客户端使用改进的码率切换方法来决定要请求的下一视频分片的码率，然后重复上面的过程。本专利技术上述DASH流媒体直播方法中的客户端、代理服务器具体的特征与上述代理服务器系统中各部分对应。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术改进的系统结构使得有些码率点直接存储在代理服务器中，如果客户端请求的码率点在这些码率点里面，那么就可以直接返回。这样就有效降低了源服务器直接处理的请求数；本专利技术适应DASH直播系统的码流切换方法有效降低了客户端不同码率的切换次数，提升了用户的观看质量体验(QoE)；本专利技术在代理服务器端中使用的动态缓存方法会合并相似的视频分片请求，从而在降低了源服务器直接处理的请求数的基础上进一步降低了源服务器方面主干网的压力，使服务器负载方面得到优化。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术一实施例中基于代理服务器的DASH流媒体直播系统结构图；图2是本专利技术一实施例中客户端码流切换方法在低时延场景下的测试性能图；图3是本专利技术一实施例中代理服务器的缓存情况测试性能图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于代理服务器的DASH流媒体直播系统，其特征在于：包括：DASH服务器：用于提供多种多码率视频分片，将DASH视频流编码成多个码率点；代理服务器：向DASH服务器请求视频分片并存储，所述代理服务器中采用动态缓存方法，即在现有DASH网络的边缘服务器的基础上增加码率点重要性表，用来合并客户端的视频请求，从而减轻主干网压力，码率点重要性表会随着不同时间视频分片的请求不断更新；客户端：向代理服务器发送视频分片请求，客户端使用码率切换方法来选择视频分片以更高效利用当前带宽以及缓存。

【技术特征摘要】
1.一种基于代理服务器的DASH流媒体直播系统，其特征在于：包括：DASH服务器：用于提供多种多码率视频分片，将DASH视频流编码成多个码率点；代理服务器：向DASH服务器请求视频分片并存储，所述代理服务器中采用动态缓存方法，即在现有DASH网络的边缘服务器的基础上增加码率点重要性表，用来合并客户端的视频请求，从而减轻主干网压力，码率点重要性表会随着不同时间视频分片的请求不断更新；客户端：向代理服务器发送视频分片请求，客户端使用码率切换方法来选择视频分片以更高效利用当前带宽以及缓存。2.根据权利要求1所述的基于代理服务器的DASH流媒体直播系统，其特征在于：所述代理服务器，具有如下特征：代理服务器遵循DASH协议，即DASH分片的码率信息能被代理服务器获得并统计的；代理服务器根据DASH请求维护了一张各码率点重要性表，代理服务器将只缓存码率点重要性表中前n重要的码率点，其中n为缓存数，该参数提前设定，以平衡网络效率和视频质量表现；代理服务器响应DASH请求时，由于只有部分码率点被缓存，代理服务器能重写DASH请求，对请求的码率点在码率点重要性表中进行向下搜索，取最近码率点返回。3.根据权利要求2所述的基于代理服务器的DASH流媒体直播系统，其特征在于：所述代理服务器一直缓存最低码率点作为保险码率点。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于代理服务器的DASH流媒体直播系统，其特征在于：所述码率点重要性表是各码率点重要性的描述，各点的重要性增量值会在代理服务器每次响应DASH请求的时候，根据DASH请求的具体内容计算所得；每次增量之后，需对表进行归一化，使码率点重要性表的总体和为恒定值。5.根据权利要求4所述的基于代理服务器的DASH流媒体直播系统，其特征在于：所述重要性增量值，利用修正的正态分布进行估计，使其与客户端数目相关联，其中标准正态分所述布密度函数Q：Q=12πσexp(-(I-Ireq)22σ2)]]>修正之后的概率密度函数为其中C3u用来使小于本次所请求码率的部分所占比重更大，即码率小于本次所请求码率时u＞0，另外：σ=C2N3]]>其中：n为最大缓存数量；Ireq为DASH请求的码率点编号；Inext为下一次可能被请求的码率点编号...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋利，赵成，解蓉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31