一種應(yīng)用于游戲直播平臺(tái)的自適應(yīng)視頻串流轉(zhuǎn)碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及游戲直播和云計(jì)算資源管理領(lǐng)域，具體設(shè)及一種應(yīng)用于游戲直播的自 適應(yīng)流資源分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 視頻游戲起源于二十世紀(jì)中期，最早的視頻游戲是化omas T. Goldsmith化.和 Estle Ray Mann于1947年發(fā)明的陰極射線管娛樂(lè)裝置（Cathode Ray Tube Amusement Device)。發(fā)展至今，視頻游戲已經(jīng)成為人們主要的娛樂(lè)方式之一。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和流媒 體技術(shù)的發(fā)展，人們不再滿足于自己玩游戲，而渴望與他人分享自己的游戲經(jīng)歷，因此游戲 直播應(yīng)運(yùn)而生。服務(wù)提供商提供游戲直播平臺(tái)（比如斗魚(yú)）使得玩家可W對(duì)游戲?qū)崨r進(jìn) 行實(shí)時(shí)直播，觀眾可W通過(guò)網(wǎng)頁(yè)或軟件進(jìn)行在線觀看并相互交流，從而營(yíng)造了一種新型的 游戲體驗(yàn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的主流的游戲直播平臺(tái)有：斗魚(yú)，虎牙，和戰(zhàn)旗等。國(guó)外的有Twitch， Ustream，Dailymotion。
[0003] 游戲直播服務(wù)提供商為了提供更好的用戶體驗(yàn)怕〇巧經(jīng)常會(huì)使用自適應(yīng)串流 (AB巧技術(shù)W適應(yīng)不同的終端處理能力和動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。所W服務(wù)提供商不僅要實(shí) 時(shí)地進(jìn)行視頻傳輸，還要把視頻流轉(zhuǎn)碼成不同的版本（比如同一視頻的不同碼率版本）。傳 統(tǒng)的方式是預(yù)先定義很少的幾個(gè)版本（比如流楊，標(biāo)準(zhǔn)和高清）供用戶選擇，運(yùn)樣就不能有 效地適應(yīng)用戶高度異構(gòu)的接入設(shè)備（比如電腦，機(jī)頂盒和手機(jī)）和動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)狀況。而 如果僅僅只是簡(jiǎn)單地增加版本數(shù)量，轉(zhuǎn)碼所帶來(lái)的計(jì)算開(kāi)銷就會(huì)難W承受，特別是對(duì)于像 游戲直播運(yùn)種擁有成千上萬(wàn)同時(shí)在線直播頻道的服務(wù)來(lái)說(shuō)。一個(gè)比較好的解決方案是利用 云計(jì)算平臺(tái)的彈性資源供應(yīng)服務(wù)。服務(wù)提供商可W根據(jù)直播平臺(tái)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息動(dòng)態(tài)地調(diào) 整其轉(zhuǎn)碼策略W適應(yīng)高度變化的直播用戶和觀看用戶，同時(shí)降低服務(wù)開(kāi)銷。
[0004] 綜上所述，從游戲直播服務(wù)提供商角度出發(fā)，為了最小化服務(wù)開(kāi)銷（轉(zhuǎn)碼開(kāi)銷）， 同時(shí)保證良好的用戶體驗(yàn)，游戲直播平臺(tái)需要設(shè)計(jì)一種策略來(lái)根據(jù)直播用戶和觀看用戶的 狀態(tài)信息實(shí)時(shí)地進(jìn)行資源分配，使得游戲直播服務(wù)提供商能夠W最小的開(kāi)銷提供盡可能好 的用戶體驗(yàn)。
[0005] K.PiresandG.Simon,"DASHinTwitch:AdaptiveBitrateStreaminginLive GameStreamingPlatforms,"InACMVideo化xtConextWorkshop, 2014.其根據(jù)直播平 臺(tái)的狀態(tài)信息，提出了兩種簡(jiǎn)單的在線轉(zhuǎn)碼策略（on-the-fly和at-startup),在保證大部 分的觀眾滿意的情況下，優(yōu)先轉(zhuǎn)碼熱口的視頻流或熱口直播者的視頻流，同時(shí)降低了帶寬 和計(jì)算開(kāi)銷。運(yùn)兩種轉(zhuǎn)碼策略比較簡(jiǎn)單，但不夠精細(xì)，還有很大的改進(jìn)空間，闊值的選擇過(guò) 于主觀，而且轉(zhuǎn)碼的版本集也比較少。
[0006] R.Apricio-Pardo,K.Pires,A.Blanc,andG.Simon,"TranscodingLiveAdaptive VideoStreamsataMassiveScaleintheCloud, "InProc.ACMMultimediaSystems Conference, 2015.該論文討論了如何在給定的服務(wù)開(kāi)銷（轉(zhuǎn)碼開(kāi)銷）下，最大化用戶的服 務(wù)質(zhì)量，提出了一種基于預(yù)算分配的啟發(fā)式算法，即根據(jù)視頻流的熱度預(yù)先分配轉(zhuǎn)碼資源， 再根據(jù)每一個(gè)視頻流的狀態(tài)信息優(yōu)先選擇QoE提高快的版本，直到資源用盡。在該技術(shù)中， 如何預(yù)先分配轉(zhuǎn)碼資源將直接影響后續(xù)啟發(fā)式算法的效果，而且也沒(méi)有考慮價(jià)格因素和用 戶體驗(yàn)質(zhì)量之間的權(quán)衡。
[0007] Z.Wang,L.F.Sun,C.Wu,W.W.Zhu,andS.Q.Yang,"JointOnlineTranscoding andGeo-distributedDeliveryforDynamicAdaptiveStreaming, "InProc.IEEE INFOCOM，2014.該文獻(xiàn)將視頻轉(zhuǎn)碼和視頻分發(fā)結(jié)合考慮，根據(jù)用戶對(duì)服務(wù)器偏愛(ài)程度和服 務(wù)器對(duì)版本的偏愛(ài)程度，提出了一種在線的轉(zhuǎn)碼和任務(wù)分配策略，最小化服務(wù)開(kāi)銷（帶寬 開(kāi)銷和轉(zhuǎn)碼開(kāi)銷），最大化用戶體驗(yàn)質(zhì)量。該技術(shù)在轉(zhuǎn)碼策略中采用的啟發(fā)式策略，沒(méi)有考 慮同一個(gè)視頻片段不同碼率版本選擇之間的相互影響，而且是基于CDN架構(gòu)下。
[0008] F.Chen,C.Zhang,F.Wang,andJ.C.Liu,"CrowdsourcedLiveStreamingover theCloud,"InProc.IE邸INFOCOM，2015.該文獻(xiàn)提出了云資源的動(dòng)態(tài)租賃策略，通過(guò)服 務(wù)遷移的方式，最小化服務(wù)開(kāi)銷。該技術(shù)只提供了云資源的動(dòng)態(tài)租賃策略，但并沒(méi)有就如何 分配轉(zhuǎn)碼資源提出一個(gè)明確的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于游戲直播平臺(tái)的自適應(yīng)視頻串 流轉(zhuǎn)碼方法，采用該方法能夠根據(jù)有限的系統(tǒng)狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)地做出用戶資源分配的決策， 降低游戲直播平臺(tái)的服務(wù)開(kāi)銷并提高用戶的QoE。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0011] 一種應(yīng)用于游戲直播平臺(tái)的自適應(yīng)視頻串流轉(zhuǎn)碼方法，
[0012] (SlOl)將游戲直播平臺(tái)運(yùn)行周期切割成若干個(gè)時(shí)間段；
[0013] (S102)在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，更新平臺(tái)內(nèi)的狀態(tài)信息；
[0014] (S103)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)信息決策出轉(zhuǎn)碼資源分配方案，該方案在運(yùn)行周期內(nèi)的約束 條件是：最小化游戲直播服務(wù)提供商的服務(wù)開(kāi)銷，同時(shí)最大化用戶的QoE總和；
[0015] (S104)基于轉(zhuǎn)碼資源分配方案對(duì)當(dāng)前直播流（視頻串流）進(jìn)行轉(zhuǎn)碼資源分配；
[0016] 構(gòu)建用戶QoE模型，在游戲直播平臺(tái)中，QoE指標(biāo)衡量了用戶對(duì)服務(wù)的滿意程度， 是衡量一個(gè)系統(tǒng)最重要的指標(biāo)之一，其具體構(gòu)建方式為：
[0017] 定義與游戲類型相關(guān)的QoE指標(biāo)，即所轉(zhuǎn)碼的版本必須不低于此游戲所需的基本 版本要求，所述基本版本代表能夠流楊觀看游戲直播所需要的最低碼率大小和最低分辨率 大??；
[0018] Vv3^(0，
[0019] Lb(GQ))《Vb《ib八Lf(GQ))《Vr《ir
[0020] 其中，i代表直播流，V(i)代表直播流i對(duì)應(yīng)的候選轉(zhuǎn)碼集，G(i)代表直播流i游 戲類型，U(g)和Lf(g)分別代表g游戲所需的基本碼率和基本分辨率，Vb、Vf分別代表轉(zhuǎn)碼 版本的比特率和分辨率，ib和if分別代表直播流i的原始碼率和原始分辨率。
[0021] 定義全局相對(duì)滿意度Q:
[0022]
陽(yáng)02引其中，I代表當(dāng)前直播流的集合，Ui代表觀看直播流i的用戶集合，A1代表對(duì)直播 流i應(yīng)用的轉(zhuǎn)碼策略（4.CK)，皆1.1 (1，U)代表系統(tǒng)在對(duì)直播流i采取轉(zhuǎn)碼策略Ai時(shí) 分給用戶U的最高版本（不高于用戶帶寬和分辨率的最高版本），expected(i，U)代表用 戶U希望獲取直播流i的版本，該版本與用戶帶寬和分辨率相匹配的版本；Q的取值范圍在 0~1之間，是衡量整體用戶滿意度的重要標(biāo)準(zhǔn)，越大表明用戶越滿意；
[0024] 構(gòu)建服務(wù)開(kāi)銷模型，對(duì)于不同的數(shù)據(jù)中屯、來(lái)說(shuō)，由于分布的地理位置不同，轉(zhuǎn)碼價(jià) 格也不相同，且隨著時(shí)間變化波動(dòng)，游戲直播服務(wù)提供商希望盡可能減少轉(zhuǎn)碼帶來(lái)的開(kāi)銷 Ctran;
[0026] 其中，表示在站點(diǎn)j進(jìn)行轉(zhuǎn)碼的單位價(jià)格，W，代表站點(diǎn)j需要轉(zhuǎn)碼的任務(wù)量，M 表示提供轉(zhuǎn)碼服務(wù)的不同站點(diǎn)的集合。
[0027