视频传输优化方法技术

本发明专利技术提供了一种视频传输优化方法，包括：在源服务器侧，将360度视频流切分为一连串的视频流切分成时空切片；源服务器再对每一个所述时空切片进行编码，得到多个不同码率版本的时空切片；其中，所有码率版本的时空切片构成一个视频切片集合；控制边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的开始时刻，通过边缘服务器缓存指定码率版本的指定视频切片集合；控制边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的时隙的开始时刻，根据用户的视频请求，执行对视频切片集合的转码和分发任务。本发明专利技术高效利用了边缘服务器的存储和计算资源以及服务器间的协作，节约了网络运营成本，减轻了回传链路的传输压力，为用户提供延迟更低的视频服务。

Optimizing Method of Video Transmission

【技术实现步骤摘要】
视频传输优化方法
本专利技术涉及通信
，具体地，涉及视频传输优化方法。
技术介绍
360度视频是虚拟现实技术和增强现实技术的一个重要组成部分。它利用全景相机拍摄各个角度的景象，并通过拼接和融合形成全景视频，给用户提供沉浸式体验。观看360度视频时，用户通常佩戴一个头盔式设备，并通过头部的自由旋转，选择自己最感兴趣的视角区域进行观看。与传统视频相比，360度视频常常具有更高的清晰度，因此在现有的视频分发网络中传输360度视频容易造成大量带宽消耗和时间延迟。目前，可以利用动态自适应流媒体技术，在把360度视频切分为一系列时间切片的基础上，进一步把每个时间切片切分为空间切片，然后把时空切片编码成不同的版本，再根据用户的请求特性，仅传输合适码率版本的部分视角区域的视频切片，可以大大减少360度视频的传输量。尽管如此，由于用户请求的异构性和较大的视频切片集合空间，传输时空切片依然有可能引起回传链路压力和时延。边缘缓存和转码技术可以有效解决这一问题。边缘服务器位于源服务器和用户之间，且距离用户较近，因此直接由边缘服务器向用户分发视频可以大大减轻回传链路压力和视频传输延迟。在边缘服务器上提前缓存一部分流行的视频切片，或者在用户请求时，利用边缘服务器的计算能力即时转码得到请求的视频切片，可以避免用户通过回传链路从源服务器处获取视频。但是，由于各个边缘服务器的存储资源和计算资源有限且可能异构，同时各个边缘服务器覆盖的用户集合有交叉有不同，而且缓存、转码、分发这几个任务之间的决策互相影响。经检索，GuanyuGao等人在2015年的《IEEETransactionsonMultimedia》期刊上发表了题为“Towardscost-efficientvideotranscodinginmediacloud:Insightslearnedfromuserviewingpatterns”的文章，该文章利用了动态自适应流媒体技术，提出了一种针对传统视频传输的联合缓存-转码方法，以最小化缓存-转码综合成本为目标。但是该文章涉及的应用场景适用于单个边缘服务器，无法适用于多边缘服务器多用户场景下的360度视频缓存-转码-分发联合决策。经检索，XiaoYang等人在2017年的《Asia-PacificConferenceonCommunications》会议上发表了题为“Optimaltaskschedulingincommunication-constrainedmobileedgecomputingsystemsforwirelessvirtualreality”的文章，该文章针对VR视频的传输，研究了在通信资源有限的场景下如何在边缘服务器和用户之间分配转码任务以最小化通信资源消耗的问题。但是该文章涉及的应用场景仅研究转码任务的分配，无法适用于时空切分传输的360度视频的边缘缓存-转码-分发多任务联合优化问题。此外，上述工作对视频的划分都未精细到空间切片维度，也未考虑缓存、转码、分发几项任务的决策的互相影响关系，因此，视频传输性能不佳。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种视频传输优化方法。根据本专利技术提供的一种视频传输优化方法，包括：步骤1：在源服务器侧，将360度视频流切分为一连串的视频流切分成时空切片；步骤2：源服务器再对每一个所述时空切片进行编码，得到多个不同码率版本的时空切片；所有码率版本的所有时空切片构成一个视频切片集合；步骤3：控制所述边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的开始时刻，通过边缘服务器缓存指定码率版本的指定视频切片集合；步骤4：控制所述边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的时隙的开始时刻，根据用户的视频请求，执行对视频切片集合的转码和分发任务；其中，所述预设的优化策略是根据所有视频切片集合、边缘服务器的性能参数、用户的视频请求，综合优化传输成本之后所得到的视频缓存、转码、分发策略；所述边缘服务器的性能参数包括：各个边缘服务器的缓存和转码资源上限、各个边缘服务器的缓存成本、各个边缘服务器的转码成本、各个边缘服务器负载不均衡的边际成本、各个边缘服务器与用户的连接拓扑图。可选地，所述步骤1包括：在源服务器侧，使用动态自适应流媒体编码技术将任意一个360度视频文件切分为一连串的时间切片；将每一个时间切片切分为多个空间切片，得到时空切片；其中，每个时空切片的播放长度相同或者不相同。可选地，所述步骤3包括：确定每个时间周期的长度；将每个时间周期划分为多个时隙；根据所述预设的优化策略，确定执行缓存任务的目标边缘服务器，以及所述目标边缘服务器缓存的视频切片集合；在每个时间周期的开始时刻，通过所述目标边缘服务器缓存指定码率版本的指定视频切片集合。可选地，所述步骤4包括：接收用户端发送的视频请求；确定所述用户端连接的边缘服务器；在当前时隙的开始时刻，根据用户的视频请求，通过所述边缘服务器执行对视频切片集合的转码任务，得到转码后的视频；将步骤3中已缓存的视频或者所述转码后的视频分发给所述用户端。可选地，还包括：用户端在每个时隙，向边缘服务器反馈下一时隙要播放的视频切片集合；确定与所述用户端连接的边缘服务器；建立所述用户端与所述边缘服务器的数据连接；从所述边缘服务器的缓存中获取或者由所述边缘服务器转码得到所述视频切片集合；将所述视频切片集合分发给所述用户端。可选地，还包括：获取用户端的视频请求历史信息；在每个周期的开始时刻，预测对应周期中每个时隙用户请求的视频切片集合；根据预测的视频切片集合，调整所述预设的优化策略。可选地，所述预设的优化策略对应的目标优化问题如下：约束条件：其中，为边缘服务器集合，为用户集合，为360度视频时-空切片集合，为一个周期内的时隙集合，定义为边缘服务器s在当前时间周期缓存占用的缓存资源，Cca为所有边缘服务器缓存造成的网络缓存运营成本，为边缘服务器s在时隙t转码占用的转码资源，Ctr(t)为所有边缘服务器在时隙t转码造成的网络转码运营成本，Cd(t)为所有边缘服务器在时隙t转码和分发视频切片造成的负载不均衡成本；T为一个时间周期内的时隙数目，α为在一个周期T的缓存决策变量，β为在周期的各个时隙的分发决策变量，和分别为边缘服务器s的缓存容量上限和转码容量上限，为用户u的邻域边缘服务器集合，s为一个边缘服务器的下标索引，t为一个周期内一个时隙的下标索引，u为一个用户的下标索引，为在时隙t边缘服务器s是否向用户u分发视频，为边缘服务器s是否缓存视频切片z；为在时隙t用户u是否请求了视频切片z；设置优化变量其中β(t)为在时隙t的所有分发变量；1(·)是一个指示函数，若x＞0，则1(x)＝1，若x＝0，则1(x)＝0；优化目标为：最小化平均每个时隙的缓存、转码、负载不均衡成本之和；约束条件如下：边缘服务器资源上限限制条件；用户请求有效响应限制条件；所述用户请求有效响应限制条件是指在任意时隙的任意用户的请求将由其邻域边缘服务器集合中的一个服务器来响应；决策变量限制条件；其中，缓存变量和分发变量均为[0，1]的变量。可选地，还包括：将所述预设的优化策略对应的目标优化问题分解为缓存子问题和分发子问题，其中，缓存子问题和分发子问题的优化步骤如下：先固定缓存变量求解分发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种视频传输优化方法，其特征在于，包括：步骤1：在源服务器侧，将360度视频流切分为一连串的视频流切分成时空切片；步骤2：源服务器再对每一个所述时空切片进行编码，得到多个不同码率版本的时空切片；所有码率版本的所有时空切片构成一个视频切片集合；步骤3：控制所述边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的开始时刻，通过边缘服务器缓存指定码率版本的指定视频切片集合；步骤4：控制所述边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的时隙的开始时刻，根据用户的视频请求，执行对视频切片集合的转码和分发任务；其中，所述预设的优化策略是根据所有视频切片集合、边缘服务器的性能参数、用户的视频请求，综合优化传输成本之后所得到的视频缓存、转码、分发策略；所述边缘服务器的性能参数包括：各个边缘服务器的缓存和转码资源上限、各个边缘服务器的缓存成本、各个边缘服务器的转码成本、各个边缘服务器负载不均衡的边际成本、各个边缘服务器与用户的连接拓扑图。

【技术特征摘要】
1.一种视频传输优化方法，其特征在于，包括：步骤1：在源服务器侧，将360度视频流切分为一连串的视频流切分成时空切片；步骤2：源服务器再对每一个所述时空切片进行编码，得到多个不同码率版本的时空切片；所有码率版本的所有时空切片构成一个视频切片集合；步骤3：控制所述边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的开始时刻，通过边缘服务器缓存指定码率版本的指定视频切片集合；步骤4：控制所述边缘服务器按照预设的优化策略，在每个时间周期的时隙的开始时刻，根据用户的视频请求，执行对视频切片集合的转码和分发任务；其中，所述预设的优化策略是根据所有视频切片集合、边缘服务器的性能参数、用户的视频请求，综合优化传输成本之后所得到的视频缓存、转码、分发策略；所述边缘服务器的性能参数包括：各个边缘服务器的缓存和转码资源上限、各个边缘服务器的缓存成本、各个边缘服务器的转码成本、各个边缘服务器负载不均衡的边际成本、各个边缘服务器与用户的连接拓扑图。2.根据权利要求1所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述步骤1包括：在源服务器侧，使用动态自适应流媒体编码技术将任意一个360度视频文件切分为一连串的时间切片；将每一个时间切片切分为多个空间切片，得到时空切片；其中，每个时空切片的播放长度相同或者不相同。3.根据权利要求1所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述步骤3包括：确定每个时间周期的长度；将每个时间周期划分为多个时隙；根据所述预设的优化策略，确定执行缓存任务的目标边缘服务器，以及所述目标边缘服务器缓存的视频切片集合；在每个时间周期的开始时刻，通过所述目标边缘服务器缓存指定码率版本的指定视频切片集合。4.根据权利要求1所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述步骤4包括：接收用户端发送的视频请求；确定所述用户端连接的边缘服务器；在当前时隙的开始时刻，根据用户的视频请求，通过所述边缘服务器执行对视频切片集合的转码任务，得到转码后的视频；将步骤3中已缓存的视频或者所述转码后的视频分发给所述用户端。5.根据权利要求1-4中任一项所述的视频传输优化方法，其特征在于，还包括：用户端在每个时隙，向边缘服务器反馈下一时隙要播放的视频切片集合；确定与所述用户端连接的边缘服务器；建立所述用户端与所述边缘服务器的数据连接；从所述边缘服务器的缓存中获取或者由所述边缘服务器转码得到所述视频切片集合；将所述视频切片集合分发给所述用户端。6.根据权利要求1-4中任一项所述的视频传输优化方法，其特征在于，还包括：获取用户端的视频请求历史信息；在每个周期的开始时刻，预测对应周期中每个时隙用户请求的视频切片集合；根据预测的视频切片集合，调整所述预设的优化策略。7.根据权利要求1-4中任一项所述的视频传输优化方法，其特征在于，所述预设的优化策略对应的目标优化问题如下：约束条件：其中，为边缘服务器集合，为用户集合，为360度视频时-空切片集合，为一个周期内的时隙集合，定义为边缘服务器s在当前时间周期缓存占用的缓存资源，Cca为所有边缘服务器缓存造成的网络缓存运营成本，为边缘服务器s在时隙t转码占用的转码资源，Ctr(t)为所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹君妮，陆巧玉，李成林，熊红凯，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31