一種基于帶寬估計的自適應(yīng)http流化碼流切換方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法及系統(tǒng),其特征在于,所述方法包含如下步驟:步驟101)估計當(dāng)前用戶下載速率的均值和方差;步驟102)依據(jù)估計的均值和方差,利用統(tǒng)計學(xué)理論計算各碼流的下溢風(fēng)險;步驟103)設(shè)置碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益,將下溢風(fēng)險、碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益組合獲取綜合收益,并選擇綜合收益最高的碼流進行切換。其中步驟101)利用假設(shè)檢驗的方法判斷觀測窗口內(nèi)是否有下載速率跳變,若判斷下載速率有跳變,在估計當(dāng)前下載速率時對跳變后的下載速率觀測值賦以大的權(quán)值,若沒有則可對整個觀測窗口內(nèi)的下載速率觀測值賦以相同的權(quán)值,從而使得對當(dāng)前下載速率平均值和方差的估計更準(zhǔn)確。
【專利說明】一種基于帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在線流媒體服務(wù)和自適應(yīng)HTTP (Hyper-Text Transport Protocol,超文本傳輸協(xié)議)流化算法,尤其涉及一種基于帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來,互聯(lián)網(wǎng)多媒體應(yīng)用快速增長,與此同時視頻流化方法也得到了廣泛的研究與實現(xiàn)。廣為人知的媒體流化協(xié)議RTP/RTSP(Real-time Transport Protocol/Real TimeStreaming Protocol,實時傳輸協(xié)議/實時流化協(xié)議)在網(wǎng)絡(luò)層采用UDP (User DatagramProtocol,用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)傳輸多媒體數(shù)據(jù),而HTTP漸進式下載則采用HTTP協(xié)議(網(wǎng)絡(luò)層TCP協(xié)議)傳輸多媒體數(shù)據(jù)。相對于RTP協(xié)議,在互聯(lián)網(wǎng)上用HTTP協(xié)議傳輸視頻流具有很多優(yōu)勢:首先,TCP有面向連接的,可靠的重傳機制省去了上層錯誤恢復(fù)的步驟;而且,基于TCP的流媒體數(shù)據(jù)容易通過防火墻和NAT (Network Address Translation,網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換),使網(wǎng)絡(luò)多媒體服務(wù)覆蓋更廣的用戶。但是基于HTTP協(xié)議的流化不能很好地進行VCR(Video Cassette Recorder,盒式磁帶錄像機)操作,為此近來互聯(lián)網(wǎng)巨頭如微軟、蘋果和Adobe公司都提出自己的自適應(yīng)HTTP流化方案,在服務(wù)端對視頻文件分片(或者是邏輯分片),終端分片下載,順序播放,從而為實現(xiàn)VCR操作和碼流切換提供了方便。接著,MPEG (Moving Pictures Experts Group,動態(tài)圖像專家組)也開始了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作,發(fā)布了公開草案-DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP,基于HTTP協(xié)議的動態(tài)自適應(yīng)流化)。OIPF (Open IPTV Forum,開放IPTV論壇)也將DASH納入自己下一版本的標(biāo)準(zhǔn)中。上述自適應(yīng)碼流切換算法大多采用啟發(fā)式方法設(shè)計,缺少合適的理論框架;此外,在估計可用帶寬時,多采用指數(shù)滑動平均,缺少對下載速率發(fā)生跳變的考慮對下載速率的均值和方差估計往往不夠準(zhǔn)確。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于,為自適應(yīng)HTTP流化設(shè)計合理的碼流切換策略,以降低媒體緩存下溢風(fēng)險,并盡可能地提高流媒體的播放質(zhì)量,同時選擇合適的收益損益參數(shù)以改善碼流切換的性能。
[0004]本發(fā)明提供一種基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法,利用假設(shè)檢驗的方法判斷過去的下載記錄中是否發(fā)生了速率跳變,然后估計出可用帶寬及其波動情況。引入下溢風(fēng)險損益和碼流質(zhì)量增益,計算并選出綜合收益最高的碼流下載播放,以期降低下溢風(fēng)險,并同時盡可能地提高觀看質(zhì)量,改善網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)的用戶體驗。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法,其特征在于,所述方法包含如下步驟:
[0006]步驟101)估計當(dāng)前用戶下載速率的均值和方差;[0007]步驟102)依據(jù)估計的均值和方差,利用統(tǒng)計學(xué)理論計算各碼流的下溢風(fēng)險;
[0008]步驟103)設(shè)置碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益,將下溢風(fēng)險概率、碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益組合獲取綜合收益,并選擇綜合收益最高的碼流進行切換。
[0009]上述技術(shù)方案中,所述步驟103)還設(shè)置切換損益,并綜合下溢風(fēng)險、碼流質(zhì)量收益、下溢風(fēng)險損益和切換損益獲取綜合收益,并選擇綜合收益最高的碼流進行切換;其中,所述切換損益是指在對切換碼流的操作賦以一定損益。
[0010]上述技術(shù)方案中,所述步驟101)進一步包含:
[0011]步驟101-1)在服務(wù)器端將視頻各碼流的副本切分成等時長的視頻片段,用戶端選中W個最近下載的分片的記錄信息,定義為觀測窗口,其中W為觀測窗口大??;
[0012]步驟101-2)利用假設(shè)檢驗的方法判斷觀測窗口內(nèi)下載速率是否發(fā)生了跳變,如果發(fā)生了速率跳變轉(zhuǎn)入下個步驟,如果沒有發(fā)生速率跳變則轉(zhuǎn)入步驟101-4);
[0013]步驟101-3)采用下式計算在觀測窗口內(nèi)下載速率發(fā)生跳變時用戶下載速度的均值為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法,其特征在于,所述方法包含如下步驟: 步驟101)估計當(dāng)前用戶下載速率的均值和方差; 步驟102)依據(jù)估計的均值和方差,利用統(tǒng)計學(xué)理論計算各碼流的下溢風(fēng)險; 步驟103)設(shè)置碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益,將下溢風(fēng)險概率、碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益組合獲取綜合收益,并選擇綜合收益最高的碼流進行切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法,其特征在于,所述步驟103)還設(shè)置切換損益,并綜合下溢風(fēng)險、碼流質(zhì)量收益、下溢風(fēng)險損益和切換損益獲取綜合收益,并選擇綜合收益最高的碼流進行切換; 其中,所述切換損益是指在對切換碼流的操作賦以一定損益。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法,其特征在于,所述步驟101)進一步包含: 步驟101-1)在服務(wù)器端將視頻各碼流的副本切分成等時長的視頻片段,用戶端選中W個最近下載的分片的記錄信息,定義為觀測窗口,其中W為觀測窗口大??; 步驟101-2)利用假設(shè)檢驗的方法判斷觀測窗口內(nèi)下載速率是否發(fā)生了跳變,如果發(fā)生了速率跳變轉(zhuǎn)入下個步驟,如果沒有發(fā)生速率跳變則轉(zhuǎn)入步驟101-4); 步驟101-3)采用下式計算在觀測窗口內(nèi)下載速率發(fā)生跳變時的用戶下載速度的均值為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法,其特征在于,所述步驟102)具體步驟為:假設(shè)各碼流按碼率從低到高的順序記為視頻流1,…,視頻流s,令Rm表示任意碼流m的平均碼率,顯然&〈...〈&,假定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)下載速率r是以:F為均值,以Var為方差的正態(tài)隨機變量;定義下溢風(fēng)險為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換方法,其特征在于,所述綜合收益的計算公式為: 假設(shè)從碼流m切換到碼流η的綜合收益公式如下:
Gain [n]m=Qn-Risku[n]氺 Costu-Costs 其中,Qn是碼流η的質(zhì)量收益,Costu是設(shè)置的下溢風(fēng)險損益,Costs是設(shè)置的從碼流m切換到碼流η的切換損益。
6.一種基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換系統(tǒng),該系統(tǒng)為采用終端“拉”服務(wù)模式的HTTP自適應(yīng)流化算法提供一種碼流切換的策略,其特征在于,所述系統(tǒng)包含: 當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計模塊,用于估計當(dāng)前用戶下載速率的均值和方差; 下溢風(fēng)險獲取模塊,用于依據(jù)估計的均值和方差評估各碼流的下溢風(fēng)險;和碼流切換決策模塊,用于設(shè)置碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益,將下溢風(fēng)險、碼流質(zhì)量收益和下溢風(fēng)險損益組合獲取綜合收益,并選擇綜合收益最高的碼流進行切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換系統(tǒng),其特征在于,所述碼流切換決策模塊還設(shè)置切換損益,并綜合考慮碼流質(zhì)量收益、下溢風(fēng)險損益和切換損益獲取綜合收益,依據(jù)綜合收益進行碼流切換的決策過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換系統(tǒng),其特征在于,所述當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計模塊進一步包含如下子模塊: 確定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)統(tǒng)計量子模塊,用于客戶端分析最近的分片下載時間,其中所述分片為:服務(wù)器端對視頻各碼流副本依據(jù)時間劃分的若干分片; 速率跳變判決子模塊,用于利用假設(shè)檢驗的方法判斷觀測窗口內(nèi)下載速率是否發(fā)生了跳變; 第一處理子模塊,用于在觀測窗口內(nèi)下載速率發(fā)生了跳變的情況下估算當(dāng)前下載速率的均值和方差,其中均值的計算公式為:
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換系統(tǒng),其特征在于,所述下溢風(fēng)險獲取模塊進一步包含如下子模塊: 記Rm表示碼流m的平均碼率,下載速率r是以:F為均值,以Var為方差的正態(tài)隨機變量;定義下溢風(fēng)險為:
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于實時帶寬估計的自適應(yīng)HTTP流化碼流切換系統(tǒng),其特征在于,所述碼流切換決策模塊進一步包含如下子模塊: 設(shè)置子模塊,用于設(shè)置碼流質(zhì)量收益、下溢風(fēng)險損益和/或切換損益; 第三處理子模塊,用于依據(jù)下溢風(fēng)險和設(shè)置模塊設(shè)置的參量,計算各碼流相互切換時的綜合收益值; 比較模塊,比較各碼流的綜合收益值,并選中綜合收益值最高的碼流;和 決策模塊,用于接收比較模塊選中的碼流,并將其作為當(dāng)前碼流切換的對象執(zhí)行碼流切換。
【文檔編號】H04L12/813GK103428105SQ201210148731
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月14日
【發(fā)明者】王勁林, 張輝帥, 鄧峰, 孫鵬 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所, 北京中科智網(wǎng)科技有限公司