CN103237232B - 互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法 - Google Patents

Abstract

一种互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，包括步骤：⑴当用户终端使用互联网视频公司或其他提供影视资源在线观看功能企业的服务时，服务器以用户终端IP地址为准，获得用户终端观看视频的数量，并通过用户终端在播放器上的操作获取用户视频观看优先级；⑵服务器对用户终端进行测速，获得平均下行数据传输速率；⑶服务器端获取用户请求观看的各视频播所需存储空间大小，各视频播放时间长度；⑷对高质量预备视频和低质量预备视频依次进行缓冲，按照缓冲同百分比率视频的原则分配带宽。本发明改善了现有视频流媒体传输中不加管理的混乱竞争现象，以使得在可用带宽不变的条件下用户可在线观看的视频质量提升，同时，给出了影片版权的保护方法。

Description

互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法

技术领域

本发明涉及互联网通信技术、服务器与终端间协调技术领域，特别涉及一种互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法。

背景技术

互联网最早始于1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET，它将美国互联网的标志西南部的大学UCLA(加利福尼亚大学洛杉矶分校)、StanfordResearchInstitute(斯坦福大学研究学院)、UCSB(加利福尼亚大学)和UniversityofUtah(犹他州大学)的四台主要的计算机连接起来。到了70年代中期，人们认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信问题。于是ARPA开始研究多重网络互连的技术，直接导致后来互连网的出现。1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互联网相互通信，因而人们就把1983年作为因特网的诞生时间。

互联网的诞生是人类通信技术的又一次重大发展，通信方式的变革自然会引起传媒方式的革命。传统媒体(如电视、报刊、广播等)正在逐渐被互联网传媒取代，替代它们的新一代的互联网电视、电子书、网络电台已经在蓬勃发展。同样，互联网也被用作视频的传输，将以往只能在电影院或电视机上观看的视频搬到网络上，以更为灵活的方式将视频提供给更广大的观看群体。

互联网视频的供给方式主要有两种：下载和流媒体。下载是通过网络进行传输文件，把互联网或其他电子计算机上的信息保存到本地电脑上的一种网络活动。对于互联网视频供给来说，下载的特征在于用户必须首先获取完整的视频文件，而后才可以观看。这种方式在时间利用上是浪费的，在下载过程中本地已经拥有了一部分影片数据，但用户却无法提前播放这部分视频。同时，用户通过下载取得完整视频文件的事实使得某些版权敏感视频的非授权再次传播成为可能。为了改善这两个缺憾，研究者提出了流媒体的概念。流媒体是指以流的方式在网络中传输音频、视频和多媒体文件的形式。流式传输方式是指将视频和音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由服务器向用户计算机连续、实时传送的方式。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而是只需要经过几秒钟或几十秒的启动延时即可在用户计算机上利用相应的播放器对压缩的视频或音频等流式媒体文件进行播放，剩余的部分将继续进行下载，直至播放完毕。

互联网视频的流媒体传输方式很快成为了主流。youtube、优酷、土豆等视频网站迅速崛起，创造了大量财富。然而在现实应用中，视频质量在快速提升，人们对720p，1080p高清视频已经习以为常；而许多用户的网络带宽有限，并不足以支持如此高清的视频；同时，《中华人民共和国著作权法》有对版权的严格保护措施，在此条件下，流媒体传输方式仍然存在着空缺与漏洞。

首先，高清视频的蓬勃发展在满足人们视听需求的同时对于网络带宽的要求也越来越高，一部1080p的电影的容量一般在8GB至25GB之间，若假设一部电影的平均播放时间为120min，则所需的数据传输速率为1MB/s至3.47MB/s，换算为带宽则为8M至27.76M，对许多网络带宽不足的用户来说，无法直接用流媒体的形式播放，而需要提前缓冲。流媒体相较于下载方式的一大优势就是用户对于时间的利用效率，用户希望能在缓冲的时间观看一些其它的可流畅播放的低质量视频。然而，现有的视频网站的多个视频之间对于带宽是平等竞争的，这意味着同时播放低质量和高质量视频时，有可能高质量视频占用了大量带宽而使得两者都无法播放。因此，采用一种互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应利用方法是非常必要的，通过用户行为自适应地调整对各视频带宽的分配以求得最佳的用户体验。

其次，视频缓冲行为本身也存在着版权泄露的隐患。现有视频网站多数提供完整缓冲的功能，如果视频缓冲完成，用户本地实际已经拥有影片的全部数据，用户只需提取出视频即可再次发布。现在已经出现了一些从视频网站缓存文件中提取视频的软件。因此，在视频缓冲时也需要加以限制，要在不影响用户流畅播放的条件下尽可能减小缓存的缓冲量，这样做既节省了缓存容量，又给用户获取完整视频文件增加了难度，更利于保护版权。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，在保证用户正常观看视频的同时，被分配到的带宽能够时刻得到最大的利用，保护影视资源的版权。

由于带宽下行速率(Mbps)和数据传输速率(MB/s)存在8:1的固定关系，因此，下面直接讨论数据传输速率，并用数据传输速率代表相应带宽。

本发明的技术解决方案如下：

一种互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

⑴当用户终端使用互联网视频公司提供影视资源在线观看功能的服务时，服务器以用户终端IP地址为准，获得用户终端观看视频的数量n，并通过用户终端在播放器上的操作获取用户视频观看优先级，设当前播放的为优先视频V₁,V₂,...,V_k，未播放的为预备视频V_k+1,V_k+2,...,V_n，其中k＜n；

⑵服务器对用户终端进行测速，获得平均下行数据传输速率v_total；

⑶服务器端获取用户请求观看的n个视频V₁,V₂,V₃,...,V_n的各视频播所需存储空间大小记为S₁,S₂,S₃,...,S_n，各视频播放时间长度记为T₁,T₂,T₃,...,T_n：

对于优先视频V_p来说，其流畅无卡顿播放所需数据传输速率为其中，则可利用空闲带宽大小为

对于预备视频按照视频质量进行分类，其中，k＜i≤n：

若v_i＞v_total，则该预备视频为高质量预备视频，

若v_i＜v_total，则该预备视频为低质量预备视频，

按照高质量预备视频V_k+1,V_k+2,...,V_l、低质量预备视频V_l+1,V_l+2,...,V_n的顺序进行排序；

⑷用户终端先接收优先视频V₁,V₂,...,V_k的同时，对高质量预备视频和低质量预备视频依次进行缓冲，按照缓冲同百分比率视频的原则分配带宽，具体公式如下：

高质量预备视频所占用的带宽为

$v_i=\frac{S_i}{{\mathrm{\Σ}}_{m=k+1}^l{S}_m}\·(v_{total}-{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^k{v}_t),$ 其中i∈[k+1,l]，i∈N；

低质量预备视频所占用的带宽为

$v_i=\frac{S_i}{{\mathrm{\Σ}}_{m=l+1}^l{S}_m}\·(v_{total}-{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^k{v}_t),$ 其中i∈[l+1,n]，i∈N。

所述的步骤(4)中先对高质量预备视频进行缓冲，当高质量视频V_i缓冲的内容达到S_buffer时停止缓冲，其中S_buffer＝S_i-v_total·T_i；

所述的步骤(4)中再对低质量预备视频进行缓冲，当低质量预备视频V_j缓冲的内容达到时停止缓冲，其中，S_j为低质量预备视频V_j所需存储空间的大小。

缓冲过程结束标准的出发点为版权保护原则、节约原则及流畅播放原则。版权保护的方法为不提供本地下载，且不提供完整的缓存文件，用户播放时播放过的部分经过设定的时间即自动消除，保护了影片的版权，同时提供用户一部分回看的功能。节约原则则是不多缓冲，只缓冲刚好能满足播放要求的部分，既节省资源，又与版权保护的思想相符。流畅播放原则则是提升用户体验的举措，保证用户观看高质量视频流畅且无卡顿。

所述步骤⑴中当用户终端向服务器提交观看视频请求时，所要观看的视频标签信息通过计算机网络传送给服务器，因而服务器能够准确无误地将对应的数据传输给用户，通过用户IP地址进行简单统计即可获取用户同时打开视频数量。而对于用户优先观看视频的信息获取只需要在网站或终端上的播放器中加入当用户播放视频时向服务器提交报告的插件。

所述步骤⑵中测速采用由服务器向用户IP地址发送数据包，根据数据包的大小和反馈时间测算网络速度的方法。实际应用中发送的数据包即为用户请求观看的视频数据包。设定一段时间T，在这段时间内，服务器向用户终端发送数据包，根据终端反馈统计终端接收到的数据量S,则

所述步骤⑶中存储空间大小S_i即为视频所占字节数，以MB为单位，T_i即为播放时间，以秒为单位。

所述步骤⑷提出了带宽分配的原则。本方法提出的是视频流媒体传输过程中空闲带宽的处理方法，限定了讨论的范围为存在空闲带宽的情况。如果用户IP多人共用导致出现可用带宽全被占用而不存在空闲带宽的情况，则超出本方法范围，不予讨论。当存在空闲带宽时，则可按照公平竞争原则平等地将带宽分配给预备视频。对于预备视频来说，由于高质量视频所需带宽过大，无法直接在线播出，因此优先进行缓冲处理，而相对的本身即可在线播出的低质量视频则延后缓冲处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

首先，本发明改善了现有视频流媒体传输中不加管理的混乱竞争现象，通过服务器收集非隐私的用户观看视频信息，并通过视频特质及用户行为对视频进行自适应分类处理。处理的结果既可以保证用户流畅观看视频，又可以利用播流畅视频剩余的空闲带宽和空闲时间有序地对其它视频进行缓冲，以使得在可用带宽不变的条件下用户可在线观看的视频质量大大提升，从而提升用户体验。其次，本发明也给出了保护影片版权的方法。现有视频提供商提供的视频大多能够完整缓冲，即终端实际拥有完整的影片数据，这就为影片被盗版提供了机会。应对未来国家版权管理严格化的趋势，本发明提出了不提供完整缓冲而仅提供满足一次性流畅播放可能的缓冲规模，播放过的视频部分则保留固定的一段时间，超出时间就消除该部分。这种方法保证终端时刻都不会拥有完整的视频文件，保护了影片版权，同时由于不缓冲整个视频节约了缓存，减少了系统的消耗。

本发明能够很好的弥补现有技术的空缺，在更好地满足用户当前观看视频的条件下最大化地利用带宽对高质量视频进行缓冲，从而极大地扩大了用户可观看的视频质量，更好地满足了视频观看者需求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

一种互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，包括以下步骤：

⑴用户终端使用某一互联网视频公司或其他提供影视资源在线观看功能企业的服务时，服务器以终端IP地址为准获得用户观看视频的数量n，本例取n＝6。并通过用户在播放器上的操作获取用户视频观看优先级，即当前播放的为优先视频V₁,V₂,...,V_k，本例取V₁,V₂；未播放的为预备视频V_k+1,V_k+2,...,V_n，本例对应即为V₃,V₄,V₅,V₆。

⑵服务器对终端进行测速，获得平均下行数据传输速率v_total(MB/s)，本例以国内家庭常用带宽4M为例，对应下行数据传输速率为0.5MB/s。

⑶服务器端获取用户请求观看的n个视频V₁,V₂,V₃,...,V_n所需存储空间大小，记为S₁,S₂,S₃,...,S_n，本例取S₁＝240MB,S₂＝460MB,S₃＝1000MB,S₄＝1200MB,S₅＝5000MB,S₆＝5200MB；各视频播放时间长度记为T₁,T₂,T₃,...,T_n，本例取T₁＝60min＝3600s，T₂＝80min＝4800s，T₃＝90min＝5400s，T₄＝100min＝6000s，T₅＝115min＝6900s，T₆＝120min＝7200s。则对于某优先视频V_p来说，流畅无卡顿播放所需数据传输速率为 $v_p=\frac{S_p}{T_p},$ 本例 $v_1=\frac{S_1}{T_1}=0.067MB/s,v_2=\frac{S_2}{T_2}=0.096MB/s.$ 则可利用空闲带宽大小为本例可利用带宽为(0.5MB/s-0.067MB/s-0.096MB/s)＝0.337MB/s。本方法假设空闲带宽限定了讨论的范围为存在空闲带宽的情况。如果用户IP多人共用导致出现可用带宽全被占用而不存在空闲带宽的情况，则超出本方法范围，不予讨论。对于预备视频，则按照视频质量，即进行分类。若v_i＞v_total，则为高质量视频，优先进行缓冲；若v_i＜v_total，则为低质量视频，延后进行缓冲。依此重排序将预备视频分为预备高质量视频V_k+1,V_k+2,...,V_l以及预备低质量视频V_l+1,V_l+2,...,V_n。本例中，v₃＝0.185MB/s＜v_total，v₄＝0.200MB/s＜v_total，属于预备低质量视频，v₅＝0.725MB/s＞v_total，v₆＝0.722MB/s＞v_total，属于预备高质量视频。

⑷首先保证用户能够流畅观看优先视频V₁,V₂,...,V_k，本例中即为V₁,V₂。然后对预备高质量视频进行缓冲，当预备高质量视频已经缓冲到达标准后(标准参见步骤⑸)，再进行预备低质量视频的缓冲。对后两个处理阶段(预备视频)，都按照缓冲同百分比率视频的原则分配带宽。即每个预备视频所占用的带宽分别为其中i∈[k+1,l]，i∈N，本例即vp₅＝0.165MB/s，vp₆＝0.172MB/s；或其中i∈[l+1,n]，i∈N，vp₃＝0.153MB/s，vp₄＝0.184MB/s。

⑸缓冲过程结束标准。对预备高质量视频，缓冲结束的标志为利用已有缓冲数据可以不卡顿地播放完整个高质量视频。因此，对某一高质量视频V_i来说，S_buffer＝S_i-v_total·T_i，缓冲的内容达到S_buffer即可停止缓冲，本例S_buffer5＝S₅-v_total·T₅＝1550MB，S_buffer6＝S₆-v_total·T₆＝1600MB。而对某一预备低质量视频V_j来说，则不设S_buffer，缓冲到即可，以保护完整影片的版权，本例S_buffer3＝750MB，S_buffer4＝900MB。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (6)

1.一种互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

⑴当用户终端使用互联网视频公司提供影视资源在线观看功能的服务时，服务器以用户终端IP地址为准，获得用户终端观看视频的数量n，并通过用户终端在播放器上的操作获取用户视频观看优先级，设当前播放的为优先视频V₁,V₂,...,V_k，未播放的为预备视频V_k+1,V_k+2,...,V_n，其中k＜n；

⑵服务器对用户终端进行测速，获得平均下行数据传输速率v_total；

⑶服务器端获取用户请求观看的n个视频V₁,V₂,V₃,...,V_n的各视频播所需存储空间大小记为S₁,S₂,S₃,...,S_n，各视频播放时间长度记为T₁,T₂,T₃,...,T_n：

对于优先视频V_p来说，其流畅无卡顿播放所需数据传输速率为其中，则可利用空闲带宽大小为

对于预备视频按照视频质量进行分类，其中，k＜i≤n：

若v_i＞v_total，则该预备视频为高质量预备视频，

若v_i＜v_total，则该预备视频为低质量预备视频，

按照高质量预备视频V_k+1,V_k+2,...,V_l、低质量预备视频V_l+1,V_l+2,...,V_n的顺序进行排序；

⑷用户终端先接收优先视频V₁,V₂,...,V_k的同时，对高质量预备视频和低质量预备视频依次进行缓冲，按照缓冲同百分比率视频的原则分配带宽，具体公式如下：

高质量预备视频所占用的带宽为

$v_i=\frac{S_i}{{\mathrm{\Σ}}_{m=k+1}^l{S}_m}\·(v_{total}-{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^k{v}_t),$ 其中i∈[k+1,l]，i∈N；

低质量预备视频所占用的带宽为

$v_i=\frac{S_i}{{\mathrm{\Σ}}_{m=l+1}^n{S}_m}\·(v_{total}-{\mathrm{\Σ}}_{t=1}^k{v}_t),$ 其中i∈[l+1,n]，i∈N。

2.根据权利要求1所述的互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，其特征在于，所述的步骤(4)中先对高质量预备视频进行缓冲，当高质量视频V_i缓冲的内容达到S_buffer时停止缓冲，其中S_buffer＝S_i-v_total·T_i；

所述的步骤(4)中再对低质量预备视频进行缓冲，当低质量预备视频V_j缓冲的内容达到时停止缓冲，其中，S_j为低质量预备视频V_j所需存储空间的大小。

3.根据权利要求1或2所述的互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，其特征在于，所述步骤⑴中当用户终端向服务器提交观看视频请求时，所要观看的视频标签信息通过计算机网络传送给服务器，因而服务器能够准确无误地将对应的数据传输给用户，通过用户IP地址进行简单统计即可获取用户同时打开视频数量，而对于用户优先观看视频的信息获取只需要在网站或终端上的播放器中加入当用户播放视频时向服务器提交报告的插件。

4.根据权利要求1或2所述的互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，其特征在于，所述步骤⑵中测速采用由服务器向用户IP地址发送数据包，根据数据包的大小和反馈时间测算网络速度的方法，设定一段时间T，在这段时间内，服务器向用户终端发送数据包，根据终端反馈统计终端接收到的数据量S,则 $v_{total}=\frac{S}{T}.$

5.根据权利要求1或2所述的互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，其特征在于，所述步骤⑶中存储空间大小S_i即为视频所占字节数，以MB为单位，T_i即为播放时间，以秒为单位。

6.根据权利要求1或2所述的互联网视频流媒体传输空闲带宽自适应方法，其特征在于，所述步骤⑷提出了带宽分配的原则，本方法提出的是视频流媒体传输过程中空闲带宽的处理方法，限定了讨论的范围为存在空闲带宽的情况，如果用户IP多人共用导致出现可用带宽全被占用而不存在空闲带宽的情况，则超出本方法范围，不予讨论，当存在空闲带宽时，则可按照公平竞争原则平等地将带宽分配给预备视频；对于预备视频来说，由于高质量视频所需带宽过大，无法直接在线播出，因此优先进行缓冲处理，而相对的本身即可在线播出的低质量视频则延后缓冲处理。