CN103108257A - 一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法及系统，该方法用于嵌入式终端设备在线下载播放业务中，通过动态调整下载速率和播放速率，以改善下载式播放业务的用户体验。所述方法包括把时间划分成周期，在每个周期开始时对下载速率、视频缓存数量和播放速率的信息进行采集。所述方法进一步包含：对本周期内视频下载数量的预测，即根据下载速率历史数据估计出本周期的下载量；运算决策过程，即根据预测下载量、当前缓存数量和播放速率计算出本周期最佳的播放速率和下载速率上限。本发明的优点为：能很好的利用下载速率的时间相关性；能对播放效果进行精细调控；能确保在码率越高下载速率越贴近播放码率，从而保证高清视频播放的流畅。

Description

一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法及系统

技术领域

本发明涉及嵌入式终端在线流媒体服务，尤其涉及一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法及系统。

背景技术

近年来，嵌入式终端如机顶盒，车载娱乐设备的性能都有很大提升，然而同时，用户也期待享受更高质量的服务(如高清视频等)。资源受限仍是嵌入式设备的重要瓶颈，如何在有限的资源下提供更好的服务是每个嵌入式设备厂商首要考虑的问题。与此同时，网络服务，已经渗透到世界的每一个角落。其中视频业务尤甚，著名网络设备厂商思科公司发表报告预计2013年90％的消费者IP流量将来自网络视频。流媒体服务因其实时性好，节省本地空间，愈来愈受人们青睐。因此在嵌入式终端设备上支持网络视频服务是未来的发展方向。

现在实施流媒体业务主要有三种模式：基于RTP&RTSP协议，部署专门的流化服务器，这种模式能提供快速的启动和精确的VCR操作，有很好的用户体验。但这种模式投入大，且由于基于UDP协议，终端会面临NAT穿越问题，在广域网上部署难度很大，带宽要求严格。再一种是基于HTTP协议的渐进式下载播放方案。服务端只需要提供web下载服务，部署简单，终端边下载边播放；基于HTTP协议，不存在防火墙阻挡问题；但是播放效果受下载速率波动影响很大，容易出现因缓冲上下溢导致的卡顿和跳帧，用户体验不易控制。第三种是基于HTTP协议的HTTPSTREAMING方案。此方案由苹果公司(微软和ADOBE公司也提出类似方案)提出，仍然基于http协议，它把视频分片，用于减小控制粒度，增加近似(非精确)的VCR操作，提升用户体验。

从目前市场的网络视频解决方案来看，基于下载式的播放仍是网络视频的主流技术。但是对于下载式播放，现在的技术存在以下两个困难：

1、由于下载速率波动，容易造成缓冲区的上下溢，从而导致播放卡顿或跳帧。2、在下载播放过程中，没有考虑嵌入式终端设备资源的限制，没有合理分配下载播放占用资源的机制。尤其是对高清视频而言，过大的下载速率容易造成播放的卡顿等不流畅现象。

本发明提供一种下载式播放中通过控制下载和播放速率改善播放质量的方法，减少缓冲下溢的概率，并且通过加入下载速率控制，优化分配嵌入式终端的有限资源，以改善用户体验。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术存在的上述诸多问题，通过控制下载和播放速率，减少缓冲下溢的概率，并优化终端有限资源的分配，以改善下载式流媒体的播放质量，即本发明提供一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，该方法为采用下载式播放流媒体内容的嵌入式终端提供一种通过动态控制下载和播放速率进而改善流媒体播放质量的方法，所述方法包含：

步骤1，用于采集并存储若干时间段内嵌入式终端下载播放状态的历史数据信息的步骤。

步骤2，用于依据所述历史数据信息预测该嵌入式终端在下一时间段内的流媒体下载量的步骤。

步骤3，用于根据步骤2预测的流媒体下载量和步骤1存储的历史数据信息，计算终端在下一时间段内最优的播放速率和下载速率上限。

其中，所述历史数据信息包含：下载速率、当前缓存的数据量和当前流媒体的播放速率。

上述技术方案中，所述时间段为将系统时间进行周期划分而得到的一个周期。

可选的，所述周期的划分方法可以固定设置，也可以采用统计手段训练学习出在不同网络状况和硬件水平下的最佳周期大小。

所述采样历史数据信息在每个周期开始时进行；其中，采集下载速率的方式是根据上一周期的起始下载点到当前下载点的差值，即采集的下载速率为一周期上的平均值。

优化的，所述步骤3之后还包含：用于依据所述最优的播放速率和下载速率上限分别设置嵌入式终端的下载速率及播放速率的步骤。

可选的，所述下载数量采用时间序列自回归的方法进行预测。

所述最优播放速率的计算方法为：将播放速率和卡顿均赋予一定收益，求出最大收益期望时的播放速率；所述最优下载速率上限的计算方法：将视频码率乘以一个系数，该系数为视频码率的非增函数，且大于1。

基于上述方法本发明还提供一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的系统，该系统为采用下载式播放流媒体内容的嵌入式终端提供一种通过动态控制下载和播放速率进而改善流媒体播放质量的方法，所述系统包含：流媒体播放器和缓存单元，所述系统还包含：下载速率监测与控制模块和运算控制模块。

所述下载速率监测与控制模块，用于探测当前的下载速率并将其汇报给所述的运算控制模块，以及用于执行所述的运算控制模块发出的下载速率控制指令。

所述运算控制模块的输入端与所述下载速率监测与控制的输出端相连，用于接收当前下载速率信息；所述运算控制模块的输入端与还所述缓存单元的输出端相连，用于获知当前流媒体缓存的数据量；所述运算控制模块的输入端还与播放器的输出端相连，用于接收获知当前的播放速率；所述运算控制模块的输出端将其生成的下载速率控制指令和播放速率控制指令反馈给所述的下载速率监测与控制模块和终端播放器。

上述技术方案中，所述运算控制模块进一步包含如下单元：历史数据采集存储单元，用于存储采集来的下载速率、缓存数据量、和播放速率信息；运算单元，用于预测下一时间段内的下载数量以及相应的下载播放控制指令；指令生成及发送单元，用于将计算出的控制指令分别发送给所述的下载速率监测和控制模块以及播放器。

进一步优化的，所述系统还包含周期划分模块，该模块采用的周期的划分方法可以固定设置，也可以采用统计手段训练学习出在不同网络状况和硬件水平下的最佳周期大小；所述最优播放速率的计算方法为：将播放速率和卡顿均赋予一定收益，求出最大收益期望时的播放速率；所述最优下载速率上限的计算方法：将视频码率乘以一个系数，该系数为视频码率的非增函数，且大于1。

本发明所提出的一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法具有以下优点：预测本周期的下载量，采用时间序列自回归的方法，可以很好的利用下载速率的时间相关性，从而对下载速率进行更准确的估计；计算播放控制指令时，考虑缓存上下溢概率，对播放速率和卡顿分别赋予不同的收益，可以对播放效果进行精细的调控，从而改善播放效果；计算下载速率上限时，用视频码率乘以一个系数，该系数为视频码率的非增函数，确保在码率越高下载速率越贴近播放码率，从而保证高清视频播放的流畅。

附图说明

图1是本发明实施例包含的服务器和机顶盒终端通过WAN相连示意图；

图2是本发明实施例提供的通过控制下载和播放速率改善播放质量系统的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，详细阐述该方法在线视频边下边播业务中的工作流程。

本发明提出在嵌入式终端下载式播放中通过控制下载和播放速率改善播放质量的方法。所述方法可包含如下步骤：

步骤1，首先，将时间划分成周期。这里周期的划分可大可小：大的周期会减少处理压力但同时控制粒度也变大，不能及时做出调整，影响本方法的效果；小的周期能增加控制粒度但也会增加终端的处理压力。周期长度可以设置成固定值，也可以采用统计手段训练学习出在不同网络状况和硬件水平下的最佳周期大小。

步骤2，在每个周期开始时，采样下载速率，视频缓存数量和播放速率，存放在历史记录中。采集下载速率的方式是根据上一周期的起始下载点到当前下载点的差值，也就是说下载速率为一周期上的平均值。

步骤3，然后，根据下载速率历史记录，预测本周期可能的下载数量，预测采用时间序列自回归的方法。

步骤4，再者，根据预测的本周期下载量以及当前的缓存数量和播放速率，计算出最佳指令集合；所述最佳播放速率的计算方法是，将播放速率和卡顿都赋予一定的收益，求出有最大收益期望的播放速率；所述最佳下载速率上限的计算方法是，视频码率乘以一个系数，该系数为视频码率的非增函数(恒大于1)。

最后，将播放速率设置为最佳播放速率，下载速率上限设置为最佳下载速率上限。

本发明的核心在于：首先，将时间划分成周期，周期的划分可大可小，周期长度可以设置成固定值，也可以采用统计手段训练学习出在不同网络状况和硬件水平下的最佳周期大小；其次，在每个周期开始时，采样下载速率，视频缓存数量和播放速率，存放在历史记录中，其中采集下载速率的方式是根据上一周期的起始下载点到当前下载点的差值，也就是说下载速率为一周期上的平均值；然后，根据历史记录中的信息，预测出本周期可能的下载数量，预测采用时间序列自回归的方法，可以很好的利用下载速率的时间相关性，从而对下载速率进行更准确的估计；再次，根据预测的本周期下载量以及当前的缓存数量和播放速率，计算出最佳播放速率和最佳下载速率上限；最后，将播放速率设置为最佳播放速率，下载速率上限设置为最佳下载速率上限。

实施例

如图1所示，服务器和机顶盒终端通过WAN相连。终端通过网页点击链接，调用本地的JS接口，传递视频信息参数给播放器。其中信息包括但不限于影片名、时长、文件大小、服务器地址。终端获得这些信息后，启动本地下载，探测缓冲和下载速率，适时启动播放。

本发明在实施中，通过添加控制决策模块的方法来实现预测控制执行等操作，如图2所示。具体步骤如下：

101.划分周期，这里设置成固定长度5秒；

102.周期开始时，探测下载速率，视频缓存数量，和播放速率，存储到历史记录中；

103.根据历史数据预测本周期可能的下载数量，采用时间序列自回归的方法，设计经验系数。采用10个周期的历史数据预测，公式为

a_n＝α₁a_n-1+α₂a_n-2+…+α₁₀a_n-10+e

其中a_i为第i周期的下载速率；α_i为权重系数，可由自回归计算得到。104.根据预测得到的下载速率，探测得到的缓存数量和播放速率，计算最佳播放速率和最佳下载速率上限，

播放速率的计算：有两个原则：首先，可调整的播放速率有一定范围比如，0.85-1.15速率，超过此范围应该采用暂停播放的策略；其次，确保正常速率播放有高的收益，这样避免频繁更新播放速率。因此可令播放速率的收益为

播放卡顿的收益为I_k＝-4，又当播放速率为v时，出现缓存下溢的概率为P(v)。则当播放速率为v时的期望收益为E[I]＝I_v*(1-P(v))+I_k*P(v)，从而可找出期望收益最高的播放速率v′即为本次要设置的播放速率。

下载速率上限的计算：另B为视频码率，则下载上限可确定为D＝B*f(B)，f(x)为恒大于1的非增函数，比如选用

当缓存数据数量小于2秒时，可设置下载速率上限为无限大。

105.将播放速率设置为最佳播放速率，下载速率设置为最佳下载速率上限。

综上所述，本发明公开了一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法及系统，该方法用于嵌入式终端设备在线下载播放业务中，通过动态调整下载速率和播放速率，以达到改善下载式播放业务用户体验的目的。所述方法包括把时间划分成周期，在每个周期开始时对下载速率、视频缓存数量和播放速率的信息进行采集。所述方法进一步包含：对本周期内视频下载数量的预测，即根据下载速率历史数据估计出本周期的下载量；运算决策过程，即根据预测下载量、当前缓存数量和播放速率计算出本周期最佳的播放速率和下载速率上限。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，该方法为采用下载式播放流媒体内容的嵌入式终端提供一种通过动态控制下载和播放速率进而改善流媒体播放质量的方法，所述方法包含：

步骤1，用于采集并存储若干时间段内嵌入式终端下载播放状态的历史数据信息的步骤；

步骤2，用于依据所述历史数据信息预测该嵌入式终端在下一时间段内的流媒体下载量的步骤；

步骤3，用于根据步骤1中存储的历史数据信息和步骤2中预测的下载量，计算终端在下一时间段内最优的播放速率和下载速率上限的步骤；

其中，所述历史数据信息包含：下载速率、当前缓存的数据量和当前流媒体的播放速率。

2.根据权利要求1所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，其特征在于，所述每个时间段为将系统时间进行周期划分而得到的一个周期。

3.根据权利要求2所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，其特征在于，所述周期的划分方法可以固定设置，也可以采用统计手段训练学习出在不同网络状况和硬件水平下的最佳周期大小。

4.根据权利要求2所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，其特征在于，所述采样历史数据信息在每个周期开始时进行；

其中，采集下载速率的方式是根据上一周期的起始下载点到当前下载点的差值，即采集的下载速率为一周期上的平均值。

5.根据权利要求1或2所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，其特征在于，所述步骤3之后还包含：

用于依据所述最优的播放速率和下载速率上限分别设置嵌入式终端的下载速率及播放速率的步骤。

6.根据权利要求1所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，其特征在于，所述下载数量可采用时间序列自回归的方法进行预测。

7.根据权利要求1所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的方法，其特征在于，所述最优播放速率的计算方法为：将播放速率和卡顿分别赋予一定收益，求出最大收益期望时的播放速率；所述最优下载速率上限的计算方法：将视频码率乘以一个系数，该系数为视频码率的非增函数，且大于1。

8.一种用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的系统，该系统为采用下载式播放流媒体内容的嵌入式终端提供一种通过动态控制下载和播放速率进而改善流媒体播放质量的方法，所述系统包含：流媒体播放器和缓存单元，其特征在于，所述系统还包含：下载速率监测与控制模块和运算控制模块；

所述下载速率监测与控制模块，用于探测当前的下载速率并将其汇报给所述的运算控制模块，以及用于执行所述的运算控制模块发出的下载速率控制指令；

所述运算控制模块的输入端与所述下载速率监测与控制的输出端相连，用于接收当前下载速率信息；

所述运算控制模块的输入端与还所述缓存单元的输出端相连，用于获知当前流媒体缓存的数据量；

所述运算控制模块的输入端还与播放器的输出端相连，用于接收获知当前的播放速率；

所述运算控制模块的输出端将其生成的下载速率控制指令和播放速率控制指令反馈给所述的下载速率监测与控制模块和终端播放器。

9.根据权利要求8所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的系统，其特征在于，所述运算控制模块进一步包含如下单元：

历史数据采集存储单元，用于存储采集来的下载速率、缓存数据量、和播放速率信息；

运算单元，用于预测下一时间段内的下载数量以及相应的下载播放控制指令；

指令生成及发送单元，用于将计算出的控制指令分别发送给所述的下载速率监测和控制模块以及播放器。

10.根据权利要求所述的用于嵌入式终端改善流媒体播放质量的系统，其特征在于，所述系统还包含周期划分模块，该模块采用的周期的划分方法可以固定设置，也可以采用统计手段训练学习出在不同网络状况和硬件水平下的最佳周期大小；

所述最优播放速率的计算方法为：将播放速率和卡顿均赋予一定收益，求出最大收益期望时的播放速率；所述最优下载速率上限的计算方法：将视频码率乘以一个系数，该系数为视频码率的非增函数，且大于1。

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