一种基于DASH的视频码率自适应调整方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于DASH的视频码率自适应调整方法及系统，涉及视频传输领域，该方法包括：根据客户端请求的视频块的码率的均值、客户端发生卡顿的总时长以及客户端请求的视频块的码率切换频率和码率切换幅度，构建用户的体验质量函数；根据用户的体验质量函数，以用户的体验质量最大化为目标，建立目标函数；根据视频播放前客户端向服务器请求的MPD文件，确定目标函数的约束条件；根据约束条件，应用MPC方法对目标函数进行求解，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率。本发明专利技术提高用户QoE。QoE。QoE。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DASH的视频码率自适应调整方法及系统


[0001]本专利技术涉及视频传输领域，特别是涉及一种基于DASH的视频码率自适应调整方法及系统。

技术介绍

[0002]随着视频数据在网络传输的所有数据中占据的比重越来越大，如何在动态的网络环境中为用户提供高质量的视频传输服务成为人们关注的重点问题。为了解决此问题，MPEG组织提出了DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)标准。其中，视频先被转码成不同码率的版本，不同码率的视频再被切分成一个个视频块并被保存于服务器中，当客户端需要播放视频时，会根据其当前网络状态依次请求合适码率的视频块。另一方面，内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)在视频传输系统中的广泛应用使部分视频数据得以保存在网络边缘，从而降低了传输时延，增大了用户感知的网络带宽，提高用户QoE(Quality of Experience，体验质量)。如图2所示，CDN通常采用分层结构，包括CDN底层服务器和CDN高层服务器，它们与客户端之间的信道带宽不同，因此，可以认为来自于不同来源的视频块经历了不同的信道。
[0003]由于未下载视频块的保存位置对于客户端而言是未知的，这可能会使客户端不能准确估计下载视频块所需时长，使用户QoE降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于DASH的视频码率自适应调整方法及系统，能够提高用户的体验质量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于DASH的视频码率自适应调整方法，所述方法包括：
[0007]根据客户端请求的视频块的码率的均值、客户端发生卡顿的总时长以及客户端请求的视频块的码率切换频率和码率切换幅度，构建用户的体验质量函数；
[0008]根据所述用户的体验质量函数，以用户的体验质量最大化为目标，建立目标函数；
[0009]根据视频播放前客户端向服务器请求的MPD文件，确定目标函数的约束条件；所述MPD文件包含视频块的码率、视频块的时长和视频块的保存位置信息；所述约束条件包括所述客户端缓冲区容量的动态变化范围、客户端请求的视频块等待下载的时长范围、客户端请求窗口长度范围、客户端请求的视频块的播放顺序和请求顺序之间的映射关系以及客户端请求的视频块的码率范围；
[0010]根据所述约束条件，应用MPC方法对目标函数进行求解，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率。
[0011]可选地，所述用户的体验质量函数为：
[0012]其中，QoE为用户的体验质量；为目标视频块的总码率；为客户端请求的视频块的码率切换频率和码率切换幅度；T
stall
为客户端发生卡顿的总时长；α为视频质量切换的频率和幅度对用户QoE的影响权重；β为卡顿时长对用户QoE的影响权重；i为目标视频块的请求顺序的序号；为目标视频块的播放顺序的序号；为目标视频块的请求顺序的序号与目标视频块的播放顺序的序号之间的映射关系；N为目标视频包含视频块的个数；为请求顺序为i的视频块的码率；表示的逆映射。
[0013]可选地，所述客户端缓冲区容量的动态变化范围包括总缓冲区容量的动态变化范围和顺序缓冲区容量的动态变化范围；所述总缓冲区容量为所述客户端缓冲区已下载的视频块的总时长；所述顺序缓冲区容量为所述客户端缓冲区已下载的视频块的总时长中能够播放的视频块的总时长；
[0014]根据所述客户端缓冲区已下载的视频块的总时长、所述客户端请求下载的视频块的下载时长、所述视频块的时长和所述客户端请求的视频块等待下载的时长范围，确定总缓冲区容量的动态变化范围和顺序缓冲区容量的动态变化范围。
[0015]可选地，所述客户端请求下载的视频块的下载时长的确定方法具体包括：
[0016]根据所述客户端请求下载的视频块的码率、所述客户端请求下载的视频块的信道带宽和所述视频块的时长，确定所述客户端请求下载的视频块的下载时长。
[0017]可选地，所述根据所述约束条件，应用MPC方法，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率，具体包括：
[0018]当所述客户端请求的视频块下载时的信道满足动态预测条件时，应用动态调和平均数方法进行信道的带宽预测，得到动态预测带宽；所述动态预测条件为所述客户端缓冲区中已下载的同信道视频块的下载时刻距离当前时刻的时间差小于等于设定时长的视频块的个数大于等于设定个数；
[0019]当所述客户端请求的视频块下载时的信道不满足动态预测条件时，应用静态调和平均数方法进行信道的带宽预测，得到静态预测带宽；
[0020]当所述客户端请求的视频块下载时的信道中至少有一条信道满足动态预测条件时，则根据所述约束条件和所有信道的动态预测带宽或静态预测带宽，应用MPC算法，将所述目标函数转化为基于非顺序优化问题，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率；
[0021]当所述客户端请求的视频块下载时的信道均不满足动态预测条件时，则根据所述约束条件和所述所有信道的静态预测带宽，应用MPC算法，将所述目标函数转化为基于顺序优化问题，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率。
[0022]可选地，所述当所述客户端请求的视频块下载时的信道满足动态预测条件时，应用动态调和平均数方法进行信道的带宽预测，得到动态预测带宽，具体包括：
[0023]根据所述客户端已下载的视频块的带宽记录和所述客户端请求下载的视频块的保存位置信息，确定所述客户端缓冲区已下载的同信道视频块的下载时间；
[0024]当所述客户端已下载的同信道视频块的下载时刻距离当前时刻的时间差小于等于设定时长时，得到多个第一信道视频块；
[0025]当所述第一信道视频块的个数大于等于设定个数时，根据公式
得到请求的第k+j个视频块下载时的预测带宽；其中，k为已下载视频块个数；N
rec
为设定的预测窗口长度；为客户端中保存的来自信道l的视频块记录；为请求顺序为h的视频块下载时的预测带宽；N
d
为预测带宽的总视频块个数；
[0026]根据所述动态调和平均数预测方法，得到动态预测带宽。
[0027]可选地，所述当所述客户端请求的视频块下载时的信道不满足动态预测条件时，应用静态调和平均数方法进行信道的带宽预测，得到静态预测带宽，具体包括：
[0028]根据所述客户端已下载的视频块的带宽记录和所述客户端请求下载的视频块的保存位置信息，确定所述客户端已下载的同信道视频块的下载时间；
[0029]当所述同信道视频块的下载时刻距离当前时刻的时间差均大于设定时长或者当所述同信道视频块的下载时刻距离当前时刻的时间差均小于等于设定时长且所述第一信道视频块的个数小于设定个数时，得到多个第二信道视频块；
[0030]根据公式得到请求的第k+j个视频块下载时的预测带宽；
[0031]其中，k为已下载视频块个数；N
rec
为设定的预测窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DASH的视频码率自适应调整方法，其特征在于，所述方法包括：根据客户端请求的视频块的码率的均值、客户端发生卡顿的总时长以及客户端请求的视频块的码率切换频率和码率切换幅度，构建用户的体验质量函数；根据所述用户的体验质量函数，以用户的体验质量最大化为目标，建立目标函数；根据视频播放前客户端向服务器请求的MPD文件，确定目标函数的约束条件；所述MPD文件包含视频块的码率、视频块的时长和视频块的保存位置信息；所述约束条件包括所述客户端缓冲区容量的动态变化范围、客户端请求的视频块等待下载的时长范围、客户端请求窗口长度范围、客户端请求的视频块的播放顺序和请求顺序之间的映射关系以及客户端请求的视频块的码率范围；根据所述约束条件，应用MPC方法对目标函数进行求解，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率。2.根据权利要求1所述的基于DASH的视频码率自适应调整方法，其特征在于，所述用户的体验质量函数为：其中，QoE为用户的体验质量；为目标视频块的总码率；为客户端请求的视频块的码率切换频率和码率切换幅度；T
stall
为客户端发生卡顿的总时长；α为视频质量切换的频率和幅度对用户QoE的影响权重；β为卡顿时长对用户QoE的影响权重；i为目标视频块的请求顺序的序号；为目标视频块的播放顺序的序号；为目标视频块的请求顺序的序号与目标视频块的播放顺序的序号之间的映射关系；N为目标视频包含视频块的个数；为请求顺序为i的视频块的码率；表示的逆映射。3.根据权利要求1所述的基于DASH的视频码率自适应调整方法，其特征在于，所述客户端缓冲区容量的动态变化范围包括总缓冲区容量的动态变化范围和顺序缓冲区容量的动态变化范围；所述总缓冲区容量为所述客户端缓冲区已下载的视频块的总时长；所述顺序缓冲区容量为所述客户端缓冲区已下载的视频块的总时长中能够播放的视频块的总时长；根据所述客户端缓冲区已下载的视频块的总时长、所述客户端请求下载的视频块的下载时长、所述视频块的时长和所述客户端请求的视频块等待下载的时长范围，确定总缓冲区容量的动态变化范围和顺序缓冲区容量的动态变化范围。4.根据权利要求3所述的基于DASH的视频码率自适应调整方法，其特征在于，所述客户端请求下载的视频块的下载时长的确定方法具体包括：根据所述客户端请求下载的视频块的码率、所述客户端请求下载的视频块的信道带宽和所述视频块的时长，确定所述客户端请求下载的视频块的下载时长。5.根据权利要求1所述的基于DASH的视频码率自适应调整方法，其特征在于，所述根据所述约束条件，应用MPC方法，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率，具体包括：当所述客户端请求的视频块下载时的信道满足动态预测条件时，应用动态调和平均数方法进行信道的带宽预测，得到动态预测带宽；所述动态预测条件为所述客户端缓冲区中已下载的同信道视频块的下载时刻距离当前时刻的时间差小于等于设定时长的视频块的个数大于等于设定个数；
当所述客户端请求的视频块下载时的信道不满足动态预测条件时，应用静态调和平均数方法进行信道的带宽预测，得到静态预测带宽；当所述客户端请求的视频块下载时的信道中至少有一条信道满足动态预测条件时，则根据所述约束条件和所有信道的动态预测带宽或静态预测带宽，应用MPC算法，将所述目标函数转化为基于非顺序优化问题，确定各目标视频块的最优请求顺序和码率；当所述客户端请求的视频块下载时的信道均不满足动态预测条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晶晶，杨景添，郑福春，高林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：