CN105323604B - 一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法 - Google Patents

一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法，在点播过程中，服务器对视频数据进行转码、封装成多种不同质量级别的媒体流，并对媒体流进行切片存储；客户端采用分段式优化方法，根据实时的网络可用带宽，并考虑到用户对于媒体流播放卡顿的敏感性，对客户端缓冲区数据进行合理的预留；若不能对客户端缓冲区数据进行合理的预留，则客户端再利用自适应优化算法，请求与实时的网络可用带宽相适应的质量级别的媒体流，防止缓冲区数据下溢，实现了一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法。

Description

一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法
技术领域
本发明属于多媒体点播技术领域，涉及到视音频的转码、分片以及传输领域，特别涉及一种QoE(Quality of Experience，体验质量)驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法。
背景技术
随着视频服务的蓬勃发展以及网络多媒体相关技术的进步，Video on Demand(即视频点播)作为一种按照用户需要进行多媒体文件播放的技术，其相关的指标优化也成为目前研究的热点问题。
检索到的以下几篇与本发明相关的属于网络流媒体领域的专利，它们分别是：
1.中国专利201210012762.4，一种实现HLS客户端视频直播回看的方法及系统；
2.中国专利200910041686.8，自适应的数字家庭网络流媒体传输带宽预测方法；
3.中国专利2013102534367，一种基于HLS的多场景流媒体自适应直播方法；
在上述专利1中公开了一种实现HLS客户端视频直播回看的方法，包括：HLS客户端向流媒体调度网关MAP发送请求回看节目请求及回看节目的时间点；接收流媒体调度网关MAP根据时间点以及从存储模块中获取的相应索引文件动态生成的播放列表文件；根据播放列表文件向流分发模块请求视频段。本发明还公开了一种实现HLS客户端视频回看的系统，包括：流媒体调度网关MAP、流分发模块、存储模块。采用本发明，能够不改写HTTP服务器，在HLS客户端上实现视频回看，节约了网络构建成本，提高了用户体验度。
上述专利2中提供了一种自适应的数字家庭网络流媒体传输带宽预测方法，通过服务器向客户端发送包串进行测量得到初始传输带宽数值，并确定其数值上下限，以及用于该数值带宽的编码方案和编码率；然后服务器根据初始传输带宽数值、编码率和客户端反馈的解码率进行实际传输带宽的预测，并与初始带宽数值的上下限进行比较，确定是否进行下一次实际传输带宽数值的预测。本发明能实现对数字家庭网络中可用的初始传输带宽进行检测，并自适应地对数字家庭网络流媒体的实际传输带宽进行预测，使视频图像可以根据网络的带宽情况进行自适应编码并传输，更好地利用了有限的网络带宽。
上述专利3中提供了一种基于HLS的多场景流媒体自适应直播方法，通过服务器向客户端发送包串进行测量得到初始传输带宽数值，并确定其数值上下限，以及用于该数值带宽的编码方案和编码率；然后服务器根据初始传输带宽数值、编码率和客户端反馈的解码率进行实际传输带宽的预测，并与初始带宽数值的上下限进行比较，确定是否进行下一次实际传输带宽数值的预测。本发明能实现对数字家庭网络中可用的初始传输带宽进行检测，并自适应地对数字家庭网络流媒体的实际传输带宽进行预测，使视频图像可以根据网络的带宽情况进行自适应编码并传输，更好地利用了有限的网络带宽。
根据上述查新，现有技术所存在的问题是，均没有考虑用户体验的优化，导致播放视频卡顿、严重影响了视频用户的体验。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法，可提高用户观看视频时的体验。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法，在点播过程中，服务器对视频数据进行转码、封装成多种不同质量级别的媒体流，并对媒体流进行切片存储；
客户端采用分段式优化方法，根据实时的网络可用带宽，并考虑到用户对于媒体流播放卡顿的敏感性，对客户端缓冲区数据进行合理的预留；
若不能对客户端缓冲区数据进行合理的预留，则客户端再利用自适应优化算法，请求与实时的网络可用带宽相适应的质量级别的媒体流，防止缓冲区数据下溢，实现了一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法。
所述客户端采用分段式优化方法，根据实时的网络可用带宽，并考虑到用户对于媒体流播放卡顿的敏感性，对客户端缓冲区数据进行合理的预留，其步骤为：
Step1：首先根据启动时长和视频播放卡顿时长对应的用户体验分值的计算公式：
ScoreD(t)＝-0.862×log10(t+6.718)+5和ScoreS(t)＝ae-bt+c确定视频点播启动时长上限为：Tmax＝{t|ScoreD(t)＝ScoreS(t)}；
其中，ScoreD为启动时长对应的用户体验分值，ScoreS为视频播放卡顿时长对应的用户体验分值，启动时长和卡顿时长的单位均为Frame，a、b、c均为拟合系数，其中a＝1.053，b＝0.214，c＝3.341；
Step2：计算视频点播启动时长的最优解为：Topt＝Size/Bw-Texp；Size为视频文件的大小，Bw为带宽大小，Texp为文件时长；
Step3：如果Topt小于Tmax，则客户端预留Topt时长的缓冲数据，否则，客户端暂不预留缓冲数据，进入自适应优化算法。
所述客户端再利用自适应优化算法，请求与实时的网络可用带宽相适应的质量级别的媒体流，防止缓冲区数据下溢，其步骤为：
首先给出方法步骤中用到的概念和定义，q表示媒体流质量级别，假设有M个媒体流质量级别，则q∈[1,2,3,...,M]，bcq表示当前媒体流质量级别，btq表示需切换至的媒体流质量级别，Tsi表示视频片段i的时长，Tdi表示视频片段i的下载时长，Tbuffer为客户端缓存大小，Ttarget为客户端缓存大小的理想值，Bw(i,k)为分片i的最终平均吞吐量，即实时的网络可用带宽；α和ε为阈值，设定α＝0.9、ε＝max{(brq+1-bcq)/brq}，其中brq表示媒体流质量级别为q，brq+1表示媒体流质量级别为q+1；
Step1：初始化缓存大小Tbuffer＝0，可用带宽Bw(i,k)置为0，设置q＝bcq；
Step2：客户端获取媒体流的m3u8索引文件，从索引文件中获取媒体流切片的地址，并缓存所获取切片地址的媒体流数据；
Step3：若客户端缓存数据时长达到Ttarget，则客户端开始进行解码播放，同时删除播放过的缓存数据；
Step4：若Bw(i,k)小于当前媒体流质量级别所对应的码流的α倍，将媒体流质量级别切换至btq＝Max{btq,btq<(Tsi/Tdi)×bcq}；若当前的缓冲区数据小于理想值时，将媒体流质量级别切换至btq＝bcq-1；若Bw(i,k)大于视频码率的1+ε倍且当前的缓冲区数据大于理想值时，则将媒体流质量级别切换至btq＝q+1，q自增，重复此过程直至Bw(i,k)小于视频码率的1+ε倍；
Step5：重复Step2-Step4，直到点播结束或客户端结束观看。
与现有技术相比，本发明实现了点播的用户友好性，能够在变化的网络带宽条件下，最大程度提高用户的体验。
附图说明
图1为本发明QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如附图1所示，本发明为一种QoE(Quality of Experience，体验质量)驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法，在点播过程中，服务器对视频数据进行转码、封装成多种不同质量级别的媒体流，并对媒体流进行切片存储；客户端采用分段式优化方法，根据实时的网络可用带宽，并考虑到用户对于媒体流播放卡顿的敏感性，对客户端缓冲区数据进行合理的预留；若不能对客户端缓冲区数据进行合理的预留，则客户端再利用自适应优化算法，请求与实时的网络可用带宽相适应的质量级别的媒体流，防止缓冲区数据下溢，实现了一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法。
下面分步骤对本发明的技术方案进行详细叙述。
1、服务器对视频数据进行转码、封装成多种不同质量级别的媒体流
服务器将H264数据帧和音频AAC数据重新封装成四种不同码率的MP4格式媒体文件，即四种质量级别的MP4格式媒体流，其中最高质量级别的屏幕媒体流码率为197Kbps，次高级屏幕媒体流码率为146Kbps，中级屏幕媒体流码率为92Kbps，低级屏幕媒体流码率为57Kbps。
2、分段式优化方法
根据实时的网络可用带宽，并考虑到用户对于媒体流播放卡顿的敏感性，对客户端缓冲区数据进行合理的预留。其中启动时长和视频播放卡顿时长对应的用户体验分值的计算公式为：
ScoreD(t)＝-0.862×log10(t+6.718)+5
ScoreS(t)＝ae-bt+C，系数a[1,2]，b[-1,0]，c[0,5]
其中ScoreD为启动时长t(单位为Frame)对应的用户体验分值，ScoreS为视频播放卡顿时长t(单位为Frame)对应的用户体验分值，a、b、c均为拟合系数；其中a＝1.053，b＝-0.214，c＝3.341。
根据两种时长得到的用户意见打分，确定视频点播启动时长上限为Tmax＝{t|ScoreD(t)＝ScoreS(t)}，再根据视频数据传输的离散抽象模型计算出启动时长的最优解为：Topt＝Size/Bw-Texp。
其中，Size为视频文件的大小，Bw为带宽大小，Texp为文件时长，Tdelay为延时时长。据此得出连续的分段式模型可以表示为：
3、自适应优化算法
客户端再利用自适应优化算法，请求与实时的网络可用带宽相适应的质量级别的媒体流，防止缓冲区数据下溢，其步骤为：
首先给出方法步骤中用到的概念和定义，q表示媒体流质量级别，假设有M个媒体流质量级别，则q∈[1,2,3,...,M]，bcq表示当前媒体流质量级别，btq表示需切换至的媒体流质量级别，视频片段i的时长为Tsi，视频片段i的下载时长为Tdi，客户端缓存大小为Tbuffer，客户端缓存大小的理想值为Ttarget，分片i的最终平均吞吐量，即实时的网络可用带宽为Bw(i,k)；α和ε为阈值，其中设定α＝0.9、ε＝max{(brq+1-bcq)/brq}，其中brq表示媒体流质量级别为q，brq+1表示媒体流质量级别为q+1；
Step1：初始化缓存大小Tbuffer＝0，可用带宽Bw(i,k)置为0，设置q＝bcq；
Step2：客户端获取媒体流的m3u8索引文件，从索引文件中获取媒体流切片的地址，并缓存所获取切片地址的媒体流数据；
Step3：若客户端缓存数据时长达到Ttarget，则客户端开始进行解码播放，同时删除播放过的缓存数据；
Step4：若Bw(i,k)小于当前媒体流质量级别所对应的码流的α倍，将媒体流质量级别切换至btq＝Max{btq,btq<(Tsi/Tdi)×bcq}；若当前的缓冲区数据小于理想值时，将媒体流质量级别切换至btq＝bcq-1；若Bw(i,k)大于视频码率的1+ε倍且当前的缓冲区数据大于理想值时，则将媒体流质量级别切换至btq＝q+1，q自增，重复此过程直至Bw(i,k)小于视频码率的1+ε倍；
Step5：重复Step2-Step4，直到点播结束或客户端结束观看。

Claims (3)

1.一种QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法，其特征在于，包括：
在点播过程中，服务器对视频数据进行转码、封装成多种不同质量级别的媒体流，并对媒体流进行切片存储；
客户端采用分段式优化方法，根据实时的网络可用带宽，并考虑到用户对于媒体流播放卡顿的敏感性，对客户端缓冲区数据进行合理的预留；
若不能对客户端缓冲区数据进行合理的预留，则客户端再利用自适应优化算法，请求与实时的网络可用带宽相适应的质量级别的媒体流，防止缓冲区数据下溢；
其中，所述采用分段式优化方法包括如下步骤：
Step1：首先根据启动时长和视频播放卡顿时长对应的用户体验分值的计算公式：
ScoreD(t)＝-0.862×log10(t+6.718)+5和ScoreS(t)＝ae-bt+c确定视频点播启动时长上限为：Tmax＝{t|ScoreD(t)＝ScoreS(t)}；
其中，ScoreD为启动时长对应的用户体验分值，ScoreS为视频播放卡顿时长对应的用户体验分值，启动时长和卡顿时长的单位均为Frame，a、b、c均为拟合系数，其中a＝1.053，b＝0.214，c＝3.341；
Step2：计算视频点播启动时长的最优解为：Topt＝Size/Bw-Texp；Size为视频文件的大小，Bw为带宽大小，Texp为文件时长；
Step3：如果Topt小于Tmax，则客户端预留Topt时长的缓冲数据，否则，客户端暂不预留缓冲数据，进入自适应优化算法。
2.根据权利要求1所述QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法，其特征在于，所述视频数据为H264数据帧和音频AAC数据，服务器将其重新封装成四种不同码率的MP4格式媒体文件，即四种质量级别的MP4格式媒体流，其中最高质量级别的屏幕媒体流码率为197Kbps，次高级屏幕媒体流码率为146Kbps，中级屏幕媒体流码率为92Kbps，低级屏幕媒体流码率为57Kbps。
3.根据权利要求1所述QoE驱动的HTTP流媒体点播缓冲区控制方法，其特征在于，所述自适应优化算法包括如下步骤：
Step1：初始化缓存大小Tbuffer＝0，可用带宽Bw(i,k)置为0，设置q＝bcq；
Step2：客户端获取媒体流的m3u8索引文件，从索引文件中获取媒体流切片的地址，并缓存所获取切片地址的媒体流数据；
Step3：若客户端缓存数据时长达到Ttarget，则客户端开始进行解码播放，同时删除播放过的缓存数据；
Step4：若Bw(i,k)小于当前媒体流质量级别所对应的码流的α倍，将媒体流质量级别切换至btq＝Max{btq,btq<(Tsi/Tdi)×bcq}；若当前的缓冲区数据小于理想值时，将媒体流质量级别切换至btq＝bcq-1；若Bw(i,k)大于视频码率的1+ε倍且当前的缓冲区数据大于理想值时，则将媒体流质量级别切换至btq＝q+1，q自增，重复此过程直至Bw(i,k)小于视频码率的1+ε倍；
Step5：重复Step2-Step4，直到点播结束或客户端结束观看；
其中，q表示媒体流质量级别，假设有M个媒体流质量级别，则q∈[1,2,3,...,M]，bcq表示当前媒体流质量级别，btq表示需切换至的媒体流质量级别，Tsi表示视频片段i的时长，Tdi表示视频片段i的下载时长，Tbuffer为客户端缓存大小，Ttarget为客户端缓存大小的理想值，Bw(i,k)为分片i的最终平均吞吐量，即实时的网络可用带宽；α和ε为阈值，设定α＝0.9、ε＝max{(brq+1-bcq)/brq}，其中brq表示媒体流质量级别为q，brq+1表示媒体流质量级别为q+1。
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