CN103348336A - 用于基于流延迟和信道速率执行自适应位率流动的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了根据本发明的实施例的回放装置基于各流的延迟和信道速率选择流的自适应位率流动的系统和方法。本发明的一个实施例包括：包含客户机应用和缓冲器的存储器；和处理器，其中，客户机应用配置处理器，以完成以下的过程：从一组替代性视频流选择第一视频流，其中，至少多个替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟；通过网络连接请求第一视频流的块体并在缓冲器中存储请求的块体。系统和方法可包括缓冲块体的回放。

Description

用于基于流延迟和信道速率执行自适应位率流动的系统和方法
技术领域
本发明一般涉及自适应位率流动，更特别地，涉及通过自适应位率流动系统中的回放装置的媒体缓冲。
背景技术
术语流动媒体描述回放装置上的媒体的回放，这里，媒体存储于服务器上，并且在回放中在网络上被连续发送到回放装置。一般地，回放装置在回放中在任何给定的时间在缓冲器中存储足量的媒体，以防止在接收媒体的下一部分之前由于回放装置完成所有缓冲媒体的回放导致的回放的破坏。自适应位率流动或自适应流动包括实时检测当前的流动条件（例如，用户的网络带宽）并因此调整流动媒体的质量。一般地，源媒体在多个位率上被编码，并且，回放装置或客户机根据可用的资源在流动不同的编码之间切换。
自适应位率流动的通常的目标是对于由回放装置经历的给定的流动条件流动可用的最高位率流，而没有由于下溢而在媒体的回放中有迟延。当回放装置以比回放媒体的速度低的速度接收流动媒体时，出现下溢。通过使用可变位率编码将在大多数的自适应位率流动系统中使用的视频编码，这一般是更有效率的。即使流的位率随时间改变，流也一般基于其平均位率被描述。当使用可变位率编码时，流的最大位率是确保对于给定的缓冲器尺寸不出现下溢的速率。大多数的回放装置通过使用缓冲器适应编码帧的尺寸的变化。在视频的环境中，缓冲延迟（也可称为寻求延迟（seek delay））是回放装置必须在开始填充缓冲器与开始回放之间等待以防止下溢的时间（即，一定量的数据在可开始解码之前被缓冲）。
发明内容
根据本发明的实施例的系统和方法执行回放装置基于各流的延迟和信道速率选择流的自适应位率流动。本发明的一个实施例包括：包含客户机应用和缓冲器的存储器；和处理器，其中，客户机应用配置处理器，以完成以下的过程：从一组替代性视频流选择第一视频流，其中，至少多个替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟；通过网络连接请求第一视频流的块体并在缓冲器中存储请求的块体；回放第一视频流的缓冲的块体；测量网络连接的信道数据速率；和从一组替代性流选择第二视频流，这里，第二视频流具有比测量的信道数据速率小的最大位率。
本发明的方法的实施例包括通过使用回放装置从一组替代性视频流选择第一视频流，其中，至少多个替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟；通过使用回放装置通过网络连接请求第一视频流的块体并在缓冲器中存储请求的块体；通过使用回放装置回放第一视频流的缓冲的块体；通过使用回放装置测量网络连接的信道数据速率；和通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流，这里，第二视频流具有比测量的信道数据速率小的最大位率。
本发明的另一实施例包括：存储器；和通过源编码应用被配置为完成以下过程的处理器：接收多媒体内容，其中，多媒体内容包含具有原始分辨率和原始采样纵横比的源视频数据；和将源视频数据编码为一组替代性视频流，其中：替代性视频流具有不同的最大位率；并且，替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟。
另一附加的实施例包括接收多媒体内容，其中，多媒体内容包含通过使用源编码器具有原始分辨率和原始采样纵横比的源视频数据；和通过使用源编码器将源视频数据编码为一组替代性视频流，其中：替代性视频流具有不同的最大位率；并且，替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟。
另一附加的实施例包括一种包含处理器指令的机器可读介质，其中，处理器执行指令导致处理器执行包括以下方面的过程：接收多媒体内容，其中，多媒体内容包含具有原始分辨率和原始采样纵横比的源视频数据；和将源视频数据编码为一组替代性视频流，其中：替代性视频流具有不同的最大位率；并且，替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟。
附图说明
图1A是根据本发明的实施例的自适应位率流动系统的结构图。
图1B是根据本发明的实施例的源编码器的结构图。
图1C是根据本发明的实施例的回放装置的结构图。
图2概念性地示出根据本发明的实施例的用于测量信道数据速率的过程。
图3是示出根据本发明的实施例的用于将视频的替代性流编码的过程的流程图。
图4是示出根据本发明的实施例的用于在通过使用上边界寻求延迟确定在开始回放之前缓冲的媒体的量时在流之间切换的过程的流程图。
图5示出根据本发明的实施例的用于执行自适应位率流动的过程。
具体实施方式
现在转到附图，示出根据本发明的实施例的回放装置基于各流的延迟和信道速率选择流的自适应位率流动的系统和方法。流的延迟是在开始回放之前缓冲媒体使得在回放中不出现下溢的时间量。在几个实施例中，可基于编码流的最大位率和最大缓冲器尺寸确定上边界寻求延迟。在许多实施例中，每个流被编码，以具有小于或等于较高的位率流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟。在几个实施例中，基于共用的回放装置上可用的缓冲器的尺寸确定的预定最大缓冲器尺寸，限制流的上边界寻求延迟。当流根据这些约束被编码时，在回放具有等于上边界寻求延迟（加安全余量）的持续期之前缓冲媒体的量的回放装置具有足够的时间以响应信道数据速率的降低，使得回放装置可对于新的信道条件自动切换到最佳的流。
在数个实施例中，通过分析特定的流并确定寻求延迟的最小量以防止下溢，确定下边界寻求延迟。当开始流动媒体的回放时，利用下边界寻求延迟可明显减少延迟。但是，缓冲很少的媒体可意味着回放装置具有很少的时间以响应信道速率的突然下降切换到较低的位率流。在几个实施例中，回放装置通过选择可在新的信道速率上在当前缓冲的媒体的回放持续期内缓冲下边界寻求延迟的最高的位率流，响应信道速率的突然下降。在许多实施例中，还在计算中利用安全余量，以适应在真实世界系统中出现的变化。
下边界寻求延迟可根据回放开始的流内的点改变。另外，下边界寻求延迟可根据各流的速率改变。在数个实施例中，回放装置对于来自服务器的所有的流获得下边界寻求延迟。在几个实施例中，回放装置仅对于来自服务器的各流获得下边界寻求延迟中的最大的。当视频根据由电信标准化部门视频编码专家组与国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）和动态图像专家组（MPEG）开发的H.264标准被编码时，根据本发明的许多实施例的回放装置考虑H.264流内的SEI缓冲消息中的initial_cpb_removal_delay字段的值等同于下边界寻求延迟。在数个实施例中，各流中的initial_cpb_removal_delay字段中的值通过自适应位率流动系统被修改为最大下边界寻求延迟和/或由服务器托管的所有替代性流的initial_cpb_removal_delay值。在其它的实施例中，回放装置调整initial_cpb_removal_delay，以估计流的下一下载块体的延迟。在几个实施例中，调整包括（但不限于）缩放因子、校正因子和/或安全余量。
在几个实施例中，下边界寻求延迟被回放装置用于确定在开始回放之前缓冲的媒体的量。但是，回放装置选择具有明显低于信道速率的最大位率的流，使得缓冲器迅速到达流的上边界寻求延迟。当缓冲器中的媒体的量具有等于上边界寻求延迟的回放持续期时，回放装置可然后向上从该点自由地切换到信道条件的最佳流。以下讨论根据本发明的实施例的自适应位率流动系统、回放装置和自适应位率流动媒体的缓冲和回放。
自适应流动系统结构
在图1A中示出根据本发明的实施例的自适应位率流动系统。自适应位率流动系统10包括被配置为将源媒体编码为数个替代性流的源编码服务器12。如以下进一步讨论的那样，源编码服务器12向包含编码的流的多个容器文件产生顶级索引，这些编码流中的至少多个是编码视频的替代性流。这些文件被上载到内容服务器14。各种回放装置18可然后通过诸如因特网的网络16从内容服务器14请求编码流的多个部分。
在许多实施例中，顶级索引文件是SMIL文件，并且，媒体存储于Matroska容器文件中，并且，回放装置通过使用HTTP或其它类似的无状态协议请求文件的多个部分。但是，根据本发明的实施例，可以利用任何适当的索引文件格式和/或容器文件格式，以存储和索引编码的流，并且，回放装置18可利用任何适当的通信协议，以从内容服务器14获得数据。
虽然在图1A中表示特定的结构，但是，根据本发明的实施例，可以利用各种结构中的任一个，以执行自适应位率流动。以下讨论根据本发明的实施例的源编码器和回放装置。
源编码器
在示出的实施例中，自适应位率流动系统包括能够将视频内容的源流编码成具有不同的最大位率的编码视频的替代性流的一个或更多个源编码器，并且，流中的每一个的上边界寻求延迟小于或等于以较高的位率编码的其它替代性流中的任一个的上边界寻求延迟。在许多实施例中，可通过使用能够将多媒体的流编码的任何装置实现源编码器，这里，流以不同的分辨率、采样率、上边界寻求延迟和/或最大位率被编码。在图1B中示出根据本发明的实施例的自适应流动系统源编码器的基本结构。自适应位率流动系统30包括与非易失性存储器34和易失性存储器36通信的处理器32。在示出的实施例中，易失性存储器包括源编码应用38和视频数据40的替代性流。源编码应用38以包含源视频流的媒体为输入，并将源视频编码为多个替代性流。在许多实施例中，替代性流通过不同的分辨率、采样纵横比和/或最大位率被编码。由于替代性流被编码的最大位率的差异，回放装置可在替代性流之间切换，以执行编码的源视频的自适应位率流动。如以下进一步讨论的那样，回放装置可无缝地向下在编码替代性流中的每一个时的流之间切换，使得其上边界寻求延迟小于缓冲器中的媒体的量的回放持续期。当缓冲媒体的量具有等于在较低的最大位率上编码的其它替代性流中的任一个的上边界寻求延迟的回放持续期时，那么回放装置将无缝地向下切换。同样如以下讨论的那样，下边界寻求延迟对于使得回放装置实现回放的更迅速开始也会是有用的。在几个实施例中，通过在包含流的容器文件中包含信息或者通过在描述流的顶级索引文件中包含信息，可通过源编码应用38使得关于流的上边界寻求延迟和/或流的下边界寻求延迟的信息可用于回放装置。
在根据H.264标准将视频数据的替代性流编码的实施例中，源编码应用38可将指示下边界寻求延迟的值写入各替代性H.264流中的SEI缓冲消息中的initial_cpb_removal_delay字段中。在许多实施例中，源编码应用38将具有最高下边界寻求延迟的替代性流的下边界寻求延迟和/或initial_cpb_removal_delay值写入到替代性流中的每一个中的initial_cpb_removal_delay字段。如以下讨论的那样，根据本发明的许多实施例，最大下边界寻求延迟一般足以执行流切换。在其它的实施例中，可以利用用于在包含以H.264标准以外的格式编码的流的视频流中包含下边界寻求延迟信息的各种机制中的任一种。
在图3中示出根据本发明的实施例的用于将源视频编码为多个替代性流的处理。处理80包括接收（82）源视频和获得（84）将通过源编码器产生的替代性视频流中的每一个的最大位率和最大缓冲器尺寸。替代性视频流然后被编码（86）并且一般被写入到容器文件。在将编码的视频流写入到容器文件时，处理80还可以按与以上概述的方式类似的方式将关于下边界寻求延迟的信息写入（88）到替代性流中的每一个中。在许多实施例中，通过流包含指示各流的下边界寻求延迟的信息。在几个实施例中，在文件中的每一个中包含所有的流的最高下边界寻求延迟。
虽然在图1B中示出特定的结构，但是，根据本发明的实施例，可以利用包括应用位于盘或者一些其它形式的存储上并在运行时间被加载到易失性存储器中的结构的各种结构中的任一个，以实现能够将源视频内容的流编码成具有不同的最大位率的编码的视频的替代性流的源编码器，并且，流中的每一个的上边界寻求延迟小于或等于以较高的位率编码的其它替代性流中的任一个的上边界寻求延迟。
回放装置
在图1A所示的系统中，回放装置是个人计算机和移动电话。在其它的实施例中，回放装置可包含诸如DVD播放器、Blu-ray播放器、电话、机顶盒、视频游戏控制台、平板机和其它能够与服务器连接并回放编码的媒体的装置的消费者编码装置。在图1C中示出根据本发明的实施例的回放装置的基本结构。回放装置50包括与非易失性存储器54和易失性存储器56通信的处理器52。在示出的实施例中，非易失性存储器包含配置处理器和回放装置以从远程服务器流动内容的客户机应用58。
在操作中，客户机应用58可配置回放装置以从内容商店购买内容并从内容服务器或另一服务器请求顶级索引文件60。当从内容服务器接收顶级索引文件60时，客户机应用58配置回放装置以在存储器56中存储顶级索引文件60。客户机应用58可然后配置回放装置50以通过使用顶级索引文件回放内容以从内容服务器请求包含内容的容器文件的多个部分。可基于顶级索引文件60内的可用于客户机应用的信息确定由客户机应用58选择的特定的容器文件。包含内容的容器文件的请求的部分存储于回放装置的存储器56中的缓冲器62中。缓冲器的尺寸一般依赖于对于顶级索引文件60中的特定的流规定的视频缓冲器检验器。但是，在许多实施例中，缓冲器尺寸被固定或者基于适于特定的应用和/或流的任意数量的因素被确定。客户机应用可继续请求并根据占优势的流动条件回放来自不同的容器文件的内容，直到接收暂停回放的用户指令或者直到完成回放。
当网络数据速率下降时，回放装置可基于在客户机应用回放存储于缓冲器62内的内容将花费的时间期间从较低的位率流下载的数据量和可用的数据速率确定适当的下位率流。假定下载足量的数据，将不在流切换之后出现缓冲器下溢。在几个实施例中，客户机应用58通过选择可在新的信道速率上在当前缓冲的媒体的回放持续期内缓冲下边界寻求延迟的最高位率流，响应信道速率的突然下降。当回放装置已通过等于被回放的流的上边界寻求延迟的回放持续期缓冲视频的量并且替代性的视频流以以上概述的方式被编码时，回放装置可通过简单地选择具有小于新的网络数据速率的最高最大位率的流响应网络数据速率的下降。在许多实施例中，也可在计算中利用安全余量，以适应在真实世界系统中出现的变化。在几个实施例中，提供附加的余量以使得回放装置能够生长缓冲数据的量，以与流的上边界寻求延迟对应。将在后面讨论根据本发明的实施例的回放装置进行流切换决定的方式。
虽然在图1C中示出特定的回放装置结构，但是，根据本发明的实施例，可以利用包括客户机应用位于盘或一些其它形式的存储上并且在运行时间被加载到易失性存储器中的结构的各种结构中的任一种，以实现用于自适应位率流动系统中的回放装置。
测量信道数据速率
从内容服务器到回放装置的数据的传送可被视为包括由于外部条件改变的恒定速率信道。根据本发明的实施例的回放装置测量信道的速率，并然后开始流动具有最接近并小于信道的测量速率（小于任何安全余量）的最大位率的编码流。在数个实施例中，回放装置通过请求数据并测量从服务器接收请求的数据所花费的时间测量信道的速率。
由于回放装置的缓冲器有时充满并因此不能接收数据或从位于内容服务器上的容器文件请求数据的字节范围或块体的事实，可出现回放装置不能接收任何数据的间隔或间隙。另外，回放装置可同时流动来自多个流的内容。例如，回放装置可同时请求来自音频、视频和副标题流的内容。在许多实施例中，回放装置记录来自各流的各下载块体的尺寸、开始时间和持续期。这些记录可被用于通过确定在时间间隔中接收的重叠块体和在时间间隔中不接收数据的任何间隙提炼带宽测量。以这种方式，根据本发明的实施例的回放装置可将信道数据速率确定为在除以有效间隔的预定时间间隔中下载的数据的和，该有效间隔是通过从预定的时间间隔减去任何间隙的持续期确定的。在许多情况下，由回放装置请求的块体与图片的关闭的组对应。在几个实施例中，源视频被编码成多个替代性流，并且，源视频的各部分被编码为替代性流中的每一个中的图片的关闭的组。通过以这种方式对准替代性流中的内部编码帧，回放装置可在完成图片的关闭的组的回放时在替代性流之间切换。不管在完成图片的关闭的组的回放时选择的流如何，选择的流中的视频的下一帧都是内部编码的帧。
在图2中在概念上示出根据本发明的实施例的用于测量信道数据速率的过程。在示出的实施例中，预定的时间间隔被规定70，其中，从两个视频块体71、72和两个音频块体73、74下载数据。在预定的时间间隔中，出现回放装置不接收数据的间隙75或孔。信道数据速率被计算为从视频块体71、72和音频块体73、74在预定的时间间隔70下载的数据的字节的和除以从预定的时间间隔减去间隙75的持续期的结果。虽然以上描述用于计算网络数据速率的特定的处理，但是，根据本发明的实施例，可以利用适于特定应用的各种处理中的任一种以确定网络数据速率。
适应于流动条件的变化
当信道的数据速率变化时，回放装置可通过选择对于新的信道条件最佳编码的流适应。在几个实施例中，通过使用可变位率编码技术将各编码流编码，并且，回放装置利用缓冲器以使编码位率时的变化平滑化。使编码的位率的变化平滑化的媒体的缓冲可影响回放装置在流之间切换的决定。当回放装置缓冲足够大量的数据时，回放装置具有足够的时间以在流之间切换，并且，回放装置可选择具有最大位率的最高位率流，该最大位率小于新的信道速率。当缓冲的视频的量具有小于从具有小于网络数据速率的最高最大位率的流下载具有等于上边界寻求延迟的回放持续期的视频的一部分所需要的时间的回放持续期时，回放装置可选择具有较低的最大位率的流，以防止在流切换之后出现缓冲器下溢。
减少在回放之前初始缓冲的数据的量可增加回放开始的速度。但是，在信道速率突然降低的情况下，缓冲更少的媒体可导致回放装置具有很少的时间以在流之间切换。因此，可强制回放装置以选择具有低于其它情况的位率的流以避免下溢。根据本发明的实施例的回放装置可使用任意的方法或两种方法的组合。以下进一步讨论根据本发明的实施例的回放装置确定用于缓冲的数据的量以及响应信道数据速率的突然下降切换流的方式。
缓冲可变位率流
在开始回放之前缓冲可变位率编码媒体引起所谓的缓冲或寻求延迟。一旦回放开始，延迟一般等于下载缓冲器不下溢的足量的媒体所花费的时间。假定信道速率不改变，回放装置应在初始的寻求延迟之后经历未中断的回放。
通过使用上边界寻求延迟缓冲和回放
在许多实施例中，各流通过最大位率和最大缓冲器尺寸被编码。因此，流的寻求延迟可被确定为流的最大缓冲器尺寸除以流的最大位率。基于流的最大位率计算寻求延迟代表开始回放所需要的缓冲的量上的上边界，并且可被称为上边界寻求延迟。当回放装置已下载具有等于上边界寻求延迟的持续期的媒体的一部分或者尺寸等于流的最大缓冲器尺寸属性的媒体的一部分时，回放装置可安全地开始具有小于信道速率的最大位率的流的回放。在回放开始之后，平均而言，作为信道的流和速率的编码的结果，与上边界寻求延迟的持续期对应的媒体的一部分保持于缓冲器中。
当信道的速率明显降低时，根据本发明的实施例的回放装置可切换到较低的位率流（即，具有较低的最大位率的流）。如果回放装置在完成先前缓冲的媒体的回放之前不缓冲具有等于较低的位率流的上边界寻求延迟的回放持续期的媒体的一部分，那么较低的位率流的回放可停止。假定回放装置已缓冲具有大于或等于上边界寻求延迟的回放持续期的媒体的一部分，如果较低的位率流的上边界寻求时间小于或等于较高的位率流的上边界寻求延迟，那么可避免下溢。因此，如果每个流被编码以具有小于或等于较高的位率流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟，那么回放装置可与寻求延迟无关地平稳地在对于给定的信道条件最佳的流之间迁移。
在流之间切换
在图4中示出当通过使用上边界寻求延迟确定在开始回放之前缓冲的媒体的量时在流之间切换的处理。处理100包括选择（102）回放条件的最佳流，并在回放之前缓冲具有等于上边界寻求延迟的回放持续期的媒体的一部分。在开始回放之前，信道条件可能是未知的，并且，回放在较低的位率下开始（但是，许多实施例在开始回放之前测量信道速率并可利用具有较高的最大位率的位率流）。回放装置然后测量（104）信道数据速率，并确定（106）是否存在信道速率的变化。如果存在变化，那么回放装置选择（102）对于新的信道速率最佳编码的流。处理重复，直到到达流的结束（108）。很容易理解，图4所示的处理是极其简单的。由于流的编码确保较低的位率流具有小于或等于较高位率流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟，并且，由于回放装置缓冲具有等于流的上边界寻求延迟的回放持续期的媒体的一部分，因此回放装置可无视寻求延迟。虽然在图4中示出特定的处理，但是，根据本发明的实施例，也可利用适于特定的应用的类似的处理，这些处理包括（但不限于）利用寻求延迟上的下边界的处理，以减少开始回放所花费的时间。
通过使用下边界寻求延迟缓冲和回放
当视频以可变的位率被编码时，所有的图片不具有相同的尺寸。根据信道速率，较大的帧（即，I帧）可占据多于一个的下载的帧周期。因此，大的帧的聚集确定用于在给定的信道速率下避免视频流的回放中的停止的实际最小寻求延迟。当缓冲器中的数据的量小于上边界寻求延迟时，存在获知最小或较低边界寻求延迟以减少开始流动并进行流动切换决定所花费的时间的优点。当缓冲器中的数据的量小于上边界寻求延迟并且出现切换流的需要时，在理想情况下，具有小于回放存储于缓冲器中的视频所花费的时间量的上边界寻求延迟的流被选择。由于视频数据一般在块体中被请求，因此，下边界寻求延迟可基于块体的尺寸被确定如下：
Delay = max ∀ chunks ( Σ i = 0 n sizechun k i rate - ( n - 1 ) · durationchunk ) - - - ( 1 )
有效地，下边界寻求延迟被确定为块体到达（即，除以信道速率的所有前面的块体和当前块体n的尺寸的和）和应到达以防止下溢（即，（n-1）*各块体的回放持续期）之间的时间中的各块体的差值的最大值。上边界寻求延迟基于数据的流的最大缓冲器尺寸被确定如下：
Delay = levelbuffersize + levelrate · durationchunk rate - - - ( 2 )
上边界寻求延迟被确定为下载最大的可能的块体所花费的时间加上回放块体所花费的时间。由于可变位率视频被编码的方式，因此流中的最大的可能的帧在理论上可如缓冲器尺寸那样大。
通过使用任意的方程，可确定流的最小缓冲器延迟。虽然下边界寻求延迟一般小于上边界寻求延迟，但是，下边界寻求延迟还根据回放的开始点改变。各流中的各点的下边界寻求延迟可通过服务器被事先计算，并且根据需要被提供给回放装置。作为替代方案，许多H.264位流在字段initial_cpb_removal_delay中的SEI缓冲消息中携带延迟信息。虽然该值与执行以上的计算不同，但发现它是相等的，并且，在几个实施例中，流中的特定点上的initial_cpb_removal_delay值被用作该点上的下边界寻求延迟。
当回放装置使用下边界寻求延迟以确定可防止下溢的缓冲媒体的量时，回放可一般更快地开始。但是，在回放中，回放装置可具有比在使用上边界寻求延迟时少的缓冲内容。因此，当信道速率降低时，回放装置具有很少的时间以减少位率流。在许多实施例中，回放装置选择具有小于并最接近新的信道速率的最大位率并且可在回放剩余的缓冲的媒体所花费的时间期间下载具有等于下边界寻求延迟的回放持续期的媒体的一部分的流。在许多情况下，由于在回放缓冲的内容所花费的时间内不能下载足够的媒体，因此对于信道条件最佳编码的流不是选择的流。相反，可选择较低的位率流，使得在缓冲的媒体的回放中下载的媒体的一部分具有大于或等于较低位率流的下边界寻求延迟的回放持续期。当在回放装置的缓冲器中蓄积足够的部分的媒体时，回放装置可切换到对于信道位率最佳的较高的速率位流。
根据本发明的实施例的当在流之间切换时利用下边界寻求延迟的回放装置可对于来自服务器的流中的每一个获得下边界寻求延迟。在几个实施例中，下边界寻求延迟在从服务器接收的流中被编码。在数个实施例中，回放装置单独地从服务器获得下边界寻求延迟。在几个实施例中，回放装置利用流中的每一个的下边界寻求延迟中的最高的作为所有流的下边界寻求延迟。下边界寻求延迟中的最高的可被称为安全寻求延迟，原因是回放装置关于所有的流使用是安全的。对于各流利用安全寻求延迟而不是下边界寻求延迟可能是所希望的，原因是获知当前流的安全寻求延迟在所有其它的替代性流的寻求延迟上给予足够的知识。在许多实施例中，流中的所有相应的位置上的最大initial_cpb_removal_delay值被视为是安全寻求延迟，并被插入各流的SEI缓冲消息中的initial_cpb_removal_delay字段中。在其它的实施例中，利用各种技术中的任一种以在回放装置响应信道速率的变化选择新的流之前向回放装置提供与流中的每一个相关的延迟。
通过使用下边界寻求延迟和上边界寻求延迟的组合缓冲和回放
利用下边界寻求时间使得回放能够更迅速地开始。与适当地编码的内容组合地使用上边界寻求时间简化流之间的切换。在数个实施例中，回放装置利用充分利用两种方法的益处的处理。
在图5中示出根据本发明的实施例的执行自适应位率流动的处理。处理200假定流以与上面关于图4所示的处理描述的方式类似的方式被编码，并且下边界寻求延迟或安全寻求延迟信息可用于回放装置（例如，在各流内）。处理200以与以上描述的利用下边界寻求延迟或安全寻求延迟以确定什么时候开始回放的自适应位率流动处理类似的方式开始。但是，自适应位率处理与上述的处理的不同在于，在初始自适应位率处理（202）中选择的流的速率为小于信道速率的预定量。较低的位率流被选择，使得媒体在回放装置的缓冲器中蓄积。在数个实施例中，选择具有比信道速率小33%的位率的流。但是，在其它的实施例中，预定的量可更大、更小并且/或者以导致在媒体回放中在回放装置的缓冲器中蓄积媒体的其它方式被确定。当蓄积于缓冲器中的媒体的量被确定（204）为具有大于或等于流的上边界寻求延迟的回放持续期和/或大于或等于编码的流的最大缓冲器尺寸的尺寸时，自适应位率流动处理迁移（206）到图4所示的自适应位率流动过程，在该自适应位率流动过程中，存储于回放装置的缓冲器中的流和媒体量的编码的组合使得回放装置能够与寻求延迟无关对于给定的信道速率选择最佳编码的流。
虽然在图5中示出特定的过程并且以上讨论了组合下边界寻求时间的益处以在切换流时实现迅速的回放和上边界寻求时间的简化的特定的流切换规则，但是，根据本发明的实施例，数个处理可在自适应位率流动中利用不同的缓冲要求，以实现不同的性能目的。
使用下边界寻求延迟和上边界寻求延迟的组合时的流切换
当回放装置可利用下边界寻求延迟和上边界寻求延迟时，利用依赖于缓冲的视频的量的多组流切换规则。如以上关于图5讨论的那样，回放装置在可利用下边界寻求延迟，以减少在开始视频的回放之前花在缓冲上的时间。在该初始启动周期中，可以应用包括选择流的流切换规则，这里，流的下边界寻求延迟小于回放在流切换时缓冲的视频所花费的时间的量。这种规则可被表达如下：
1.如果（缓冲器水平<上边界寻求延迟），那么选择具有小于缓冲的视频的回放持续期的下边界寻求延迟的流。
在不能可靠地进行网络带宽测量的事件中，回放装置可利用强制选择最低位率流的附加的流动规则。该流切换规则可被表达如下：
2.如果（缓冲器水平<上边界寻求延迟并且网络数据速率不可靠或者不准确），那么选择最低的位率流。
当在足够长的时间周期中经历稳定的网络数据速率或者选择较低的位率流以按以上关于图5描述的方式生长缓冲器时，通过回放装置缓冲的视频的量将攀至超过流的上边界寻求延迟的点。在该点上，可基于测量的网络带宽和流的最大位率执行流切换。在较低的最大位率下编码的流的上边界寻求延迟已知的情况下，可基于进行切换的流的上边界寻求延迟进行类似的流切换决定。相应的流切换规则可被表达如下：
3.如果（网络数据速率可靠并且上边界寻求延迟<＝缓冲视频），那么选择具有作为具有比网络数据速率小的最大位率的替代性流的最高者的最大位率的流。
当回放装置根据水平速率以远比期望值快的速度下载流的块体时，信道数据速率远比流的最大位率高，并且，难以可靠性地测量网络数据速率，因此，一旦缓冲的视频的量超过上边界寻求延迟，就可选择更高的位率流。该流切换规则可被表达如下：
4.如果（下载块体的期望的时间>>下载块体和上边界寻求延迟所花费的实际时间<=缓冲的视频），那么选择具有次最高最大位率的流。
除了以上的规则以外，根据本发明的实施例的回放装置可在流切换规则中加入滞后，以在测量的网络数据速率在决定阈值周围振荡时防止水平的过量切换。并且，回放装置可在测量的网络数据速率与选择流时的选择的流的最大位率之间包含安全余量或净空。在许多实施例中，净空可在明显的带宽下降之后暂时增加（即，预定的量或百分比），以在网络数据速率另外下降的情况下减少缓冲器下溢的可能性。并且，回放装置可调节其它媒体的下载（特别是在启动时），以减少特定的流的缓冲视频数据的回放持续期匹配或超过上边界寻求延迟所花费的时间。
虽然以上讨论了组合下边界寻求时间的益处以在切换流时实现迅速的回放和上边界寻求时间的简化的具体的流切换规则，但是，根据本发明的实施例，可在自适应位率流动中利用各种流切换规则中的任一种变化和组合，以实现不同的性能目的。
虽然已描述了本发明的某些具体的方面，但是，对于本领域技术人员来说，许多附加的修改和变更是十分明显的。因此，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以另外以具体描述的方式以外的方式被实施，包括诸如利用支持超出在它们符合的特定标准内规定的那些的特征的编码器和解码器的实现中的各种变化。因此，本发明的实施例的所有方面均应被视为解释性的而不是限制性的。

Claims (53)

1.一种被配置执行包含一组替代性视频流的媒体的自适应位率流动的回放装置，该回放装置包括：
包含客户机应用和缓冲器的存储器；和
处理器，其中，客户机应用配置处理器，以完成以下的过程：
从一组替代性视频流选择第一视频流，其中，至少多个替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟；
通过网络连接请求第一视频流的块体并在缓冲器中存储请求的块体；
回放第一视频流的缓冲的块体；
测量网络连接的信道数据速率；和
从一组替代性流选择第二视频流，其中，第二视频流具有比测量的信道数据速率小的最大位率。
2.根据权利要求1的回放装置，其中，客户机应用配置处理器以通过配置处理器以完成以下的过程测量网络连接的信道数据速率：
计算在预定的时间间隔内下载的数据的量；
观察在预定的时间间隔内当前下载数据的任何间隙；
通过从预定的时间间隔减去任何间隙的持续期计算有效时间间隔；和
将下载的数据量除以有效时间间隔以获得数据速率测量。
3.根据权利要求2的回放装置，其中，客户机应用进一步配置处理器，以通过从数据速率测量减去预定的安全余量获得测量的信道数据速率。
4.根据权利要求1的回放装置，其中，客户机应用配置处理器，以在缓冲器包含来自具有大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时选择具有小于测量的信道数据速率的最高最大位率的第二视频流。
5.根据权利要求1的回放装置，其中，客户机应用配置处理器，以在缓冲器包含来自具有大于或等于第二视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时选择具有小于测量的信道数据速率的最高最大位率的第二视频流。
6.根据权利要求5的回放装置，其中，
视频的替代性流中的每一个被编码为经受最大缓冲器尺寸约束和最大位率；和
客户机应用配置处理器，以基于在视频流的编码中使用的最大缓冲器尺寸约束和最大位率确定视频流的上边界寻求延迟。
7.根据权利要求6的回放装置，其中，客户机应用配置处理器以将视频的流的上边界寻求延迟确定为：
Delay = levelbuffersize + levelrate &CenterDot; durationchunk rate
这里，
level buffersize是在编码视频流时使用的最大缓冲器尺寸约束，
duration chunk是回放单个视频块体所花费的时间，
level rate是视频的最大位率，以及
rate是网络数据速率。
8.根据权利要求1的回放装置，其中，客户机应用配置处理器以从一组替代性流选择第二视频流，使得在回放来自第一视频流的内容的缓冲的块体所花费的时间期间从第二视频流下载的媒体的量的回放持续期大于或等于第二视频流的下边界寻求延迟。
9.根据权利要求8的回放装置，其中，
替代性视频流中的每一个的下边界寻求延迟包含于替代性视频流中的每一个中；并且
客户机应用进一步配置处理器以从第一视频流获得第二视频流的下边界寻求延迟。
10.根据权利要求1的回放装置，其中，
视频的替代性流是在initial_cpb_removal_delay字段中的SEI缓冲消息中携带延迟信息的H.264位流，并且
客户机应用配置处理器，以从一组替代性流选择第二视频流，使得在回放来自第一视频流的内容的缓冲的块体所花费的时间期间从第二视频流下载的媒体的量的回放持续期大于或等于通过使用在第二流中的initial_cpb_removal_delay字段中的SEI缓冲消息中规定的值计算的延迟。
11.根据权利要求1的回放装置，其中，
安全寻求延迟包含于替代性视频流中的每一个中，并且
客户机应用配置处理器，以从一组替代性流选择第二视频流，使得在回放来自第一视频流的内容的缓冲的块体所花费的时间期间从第二视频流下载的媒体的量的回放持续期大于或等于安全寻求延迟。
12.根据权利要求11的回放装置，其中，视频的替代性流是在initial_cpb_removal_delay字段中的SEI缓冲消息中携带安全寻求延迟的H.264位流。
13.根据权利要求1的回放装置，其中，客户机应用配置处理器以完成以下的过程：
从一组替代性流选择第一视频流，使得第一视频流具有比测量的信道数据速率低预定量的最大位率；和
缓冲在第一视频流的回放期间从第一视频流接收的块体，使得缓冲的块体的回放持续期大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟。
14.根据权利要求13的回放装置，其中，客户机应用配置处理器，以在缓冲器包含来自具有大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时选择具有小于测量的信道数据速率的最高最大位率的第二视频流。
15.根据权利要求1的回放装置，其中，客户机应用配置处理器，以在缓冲器包含来自具有小于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体并且测量的信道数据速率不可靠时选择具有最低最大位率的第二视频流。
16.根据权利要求1的回放装置，其中，客户机应用配置处理器，以在基于测量的信道数据速率下载第一视频流的块体的期望时间比下载第一视频流的块体所花费的实际时间大预定量并且缓冲器包含来自具有大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时，选择具有比第一视频流的最大位率大的最大位率的第二视频流。
17.一种执行包含一组替代性视频流的媒体的自适应位率流动的方法，该方法包括：
通过使用回放装置从一组替代性视频流选择第一视频流，其中，至少多个替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟；
通过使用回放装置通过网络连接请求第一视频流的块体并在缓冲器中存储请求的块体；
通过使用回放装置回放第一视频流的缓冲的块体；
通过使用回放装置测量网络连接的信道数据速率；和
通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流，其中，第二视频流具有比测量的信道数据速率小的最大位率。
18.根据权利要求17的方法，其中，通过使用回放装置测量网络连接的信道数据速率还包含：
通过使用回放装置计算在预定的时间间隔内下载的数据的量；
通过使用回放装置观察在预定的时间间隔内当前下载数据的任何间隙；
通过使用回放装置通过从预定的时间间隔减去任何间隙的持续期计算有效时间间隔；和
通过使用回放装置将下载的数据量除以有效时间间隔以获得数据速率测量值。
19.根据权利要求18的方法，其中，通过使用回放装置测量网络连接的信道数据速率还包含通过从数据速率测量值减去预定的安全余量获得测量的信道数据速率。
20.根据权利要求17的方法，其中，通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包含通过使用回放装置选择第二视频流，其中，第二流在缓冲器包含来自具有大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时具有小于测量的信道数据速率的最高最大位率。
21.根据权利要求17的方法，其中，通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包含通过使用回放装置选择第二视频流，其中，第二流在缓冲器包含来自具有大于或等于第二视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时具有比测量的信道数据速率小的最高最大位率。
22.根据权利要求21的方法，其中，视频的替代性流中的每一个被编码为经受最大缓冲器尺寸约束，并且，该方法还包括基于在视频流的编码中使用的最大缓冲器尺寸约束通过使用回放装置确定视频的流的上边界寻求延迟。
23.根据权利要求22的方法，还包括将视频的流的上边界寻求延迟确定为：
Delay = levelbuffersize + levelrate &CenterDot; durationchunk rate
这里，
level buffersize是在编码视频流时使用的最大缓冲器尺寸约束，
duration chunk是回放单个视频块体所花费的时间，
level rate是视频的最大位率，以及
rate是网络数据速率。
24.根据权利要求17的方法，其中，通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包括通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流，使得在回放来自第一视频流的内容的缓冲的块体所花费的时间期间从第二视频流下载的媒体的量的回放持续期大于或等于第二视频流的下边界寻求延迟。
25.根据权利要求24的方法，其中，替代性视频流中的每一个的下边界寻求延迟包含于替代性视频流中的每一个中，并且该方法还包括通过使用回放装置从第一视频流获得第二视频流的下边界寻求延迟。
26.根据权利要求17的方法，其中，
视频的替代性流是在initial_cpb_removal_delay字段中的SEI缓冲消息中携带延迟信息的H.264位流，并且
通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包括通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流，使得在回放来自第一视频流的内容的缓冲的块体所花费的时间期间从第二视频流下载的媒体的量的回放持续期大于或等于通过使用在第二流中的initial_cpb_removal_delay字段中的SEI缓冲消息中规定的值计算的延迟。
27.根据权利要求17的方法，其中，
安全寻求延迟包含于替代性视频流中的每一个中，并且
通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包括从一组替代性流选择第二视频流，使得在回放来自第一视频流的内容的缓冲的块体所花费的时间期间从第二视频流下载的媒体的量的回放持续期大于或等于安全寻求延迟。
28.根据权利要求27的方法，其中，视频的替代性流是在initial_cpb_removal_delay字段中的SEI缓冲消息中携带安全寻求延迟的H.264位流。
29.根据权利要求17的方法，其中，从一组替代性流选择第一视频流还包括：
通过使用回放装置从一组的替代性流选择第一视频流，使得第一视频流具有比测量的信道数据速率低预定量的最大位率；和
在第一视频流的回放期间缓冲第一视频流的块体，使得来自第一视频流的缓冲的块体的量的回放持续期大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟。
30.根据权利要求29的方法，其中，通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包括通过使用回放装置选择第二视频流，其中，第二视频流在缓冲器包含来自具有大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时具有小于测量的信道数据速率的最高最大位率。
31.根据权利要求30的方法，其中，通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包括通过使用回放装置选择第二视频流，其中，第二视频流在缓冲器包含来自具有小于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体并且测量的信道数据速率不可靠时具有最低最大位率。
32.根据权利要求17的方法，其中，通过使用回放装置从一组替代性流选择第二视频流还包括通过使用回放装置选择第二视频流，其中，第二视频流在基于测量的信道数据速率下载第一视频流的块体的期望时间比下载第一视频流的块体所花费的实际时间大预定量并且缓冲器包含来自具有大于或等于第一视频流的上边界寻求延迟的回放持续期的第一视频流的块体时具有比第一视频流的最大位率大的最大位率。
33.一种被配置为将源视频编码为数个替代性视频流的源编码器，该源编码器包含：
存储器；和
通过源编码应用被配置为完成以下过程的处理器：
接收多媒体内容，其中，多媒体内容包含具有原始分辨率和原始采样纵横比的源视频数据；和
将源视频数据编码为一组替代性视频流，其中：
替代性视频流具有不同的最大位率；并且
替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟。
34.根据权利要求33的源编码器，其中，
源编码应用还配置处理器，以在预定的最大位率和最大缓冲器尺寸上将替代性视频流编码；并且
流的上边界寻求延迟是通过将流的预定最大缓冲器尺寸除以流的预定的最大位率确定的。
35.根据权利要求33的源编码器，其中，源编码应用还配置处理器以将替代性视频流编码，使得一组替代性流中的各流具有相同的纵横比。
36.根据权利要求33的源编码器，其中，源编码应用还配置处理器以确定一组替代性视频流中的各流的下边界寻求延迟。
37.根据权利要求36的源编码器，其中，源编码应用还配置处理器，以在各流内包含其下边界寻求延迟。
38.根据权利要求36的源编码器，其中，源编码应用还配置处理器，以完成以下的过程：
确定具有最高下边界寻求延迟的替代性流；和
在各流内包含最高下边界寻求延迟。
39.根据权利要求38的源编码器，其中，替代性视频流根据H.264标准被编码。
40.根据权利要求39的源编码器，其中，源编码应用还配置处理器，以在各流内的SEI缓冲消息中包含initial_cpb_removal_delay字段中的最高下边界寻求延迟。
41.根据权利要求36的源编码器，其中，源编码应用配置处理器，以将下边界寻求延迟确定如下：
Delay = max &ForAll; chunks ( &Sigma; i = 0 n sizechun k i rate - ( n - 1 ) &CenterDot; durationchunk )
42.根据权利要求36的源编码器，其中，源编码应用配置处理器，以将上边界寻求延迟确定如下：
Delay = levelbuffersize + levelrate &CenterDot; durationchunk rate
这里，
level buffersize是在编码视频流时使用的最大缓冲器尺寸约束，
duration chunk是回放单个视频块体所花费的时间，
level rate是视频的最大位率，以及
rate是网络数据速率。
43.一种将源视频编码为数个替代性视频流的方法，包括：
接收多媒体内容，其中，多媒体内容包括通过使用源编码器具有原始分辨率和原始采样纵横比的源视频数据；和
通过使用源编码器将源视频数据编码为一组替代性视频流，其中：
替代性视频流具有不同的最大位率；并且，
替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟。
44.根据权利要求43的方法，还包括：
通过使用源编码器在预定的最大位率和最大缓冲器尺寸上将替代性视频流编码；
其中，流的上边界寻求延迟是通过将流的预定最大缓冲器尺寸除以流的预定的最大位率确定的。
45.根据权利要求43的方法，还包括将替代性视频流编码，使得一组替代性流中的各流具有相同的纵横比。
46.根据权利要求43的方法，还包括确定一组替代性视频流中的各流的下边界寻求延迟。
47.根据权利要求46的方法，还包括在各流内包含其下边界寻求延迟。
48.根据权利要求46的方法，还包括：
确定具有最高下边界寻求延迟的替代性流；和
在各流内包含最高下边界寻求延迟。
49.根据权利要求46的方法，其中，替代性视频流根据H.264标准被编码。
50.根据权利要求49的方法，还包括在各流内的SEI缓冲消息中包含initial_cpb_removal_delay字段中的最高下边界寻求延迟。
51.根据权利要求46的方法，还包括将下边界寻求延迟确定如下：
Delay = max &ForAll; chunks ( &Sigma; i = 0 n sizechun k i rate - ( n - 1 ) &CenterDot; durationchunk )
52.根据权利要求46的方法，还包括将上边界寻求延迟确定如下：
Delay = levelbuffersize + levelrate &CenterDot; durationchunk rate
这里，
level buffersize是在编码视频流时使用的最大缓冲器尺寸约束，
duration chunk是回放单个视频块体所花费的时间，
level rate是视频的最大位率，以及
rate是网络数据速率。
53.一种包含处理器指令的机器可读介质，其中，处理器执行指令导致处理器执行包括以下方面的过程：
接收多媒体内容，其中，多媒体内容包含具有原始分辨率和原始采样纵横比的源视频数据；和
将源视频数据编码为一组替代性视频流，其中：
替代性视频流具有不同的最大位率；并且
替代性视频流被编码，以具有小于或等于以更高的最大位率编码的一组替代性视频流中的流的上边界寻求延迟的上边界寻求延迟。
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