CN106210929A - 基于hls客户端的网络流下载终端及优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于HLS客户端的网络流下载终端及优化方法，该系统及方法能够将网速的波动划分为以下几种类型：网速缓升，网速缓降，网速陡升，网速陡降；通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过比较即时速度信息与平均速度信息，区分网速变动的类型，再根据所述网速变动的类型来选择对应的网络流，最终通过对网速大幅突然变化的类型优化处理，提升用户体验。

Description

基于HLS客户端的网络流下载终端及优化方法
技术领域
本发明涉及计算机网络领域，特别是涉及基于HLS客户端的网络流下载终端及优化方法。
背景技术
HLS是Apple实现的基于HTTP的流媒体传输协议，可实现流媒体的直播和点播，为移动设备提供音视频直播和点播方案。
HLS协议在服务器端将媒体数据流转换为不同质量的、连续的、很短时长的媒体文件(MPEG-TS格式，一般每个小文件可以播放8秒钟，称之为分片)，而客户端则不断的下载并播放这些分片。
通常的，对于同一个节目，服务器提供质量不同的多个音视频流(每一种质量的音视频流包含一组分片，对应于一种码率)，并通过m3u8格式的配置文件给出这多个音视频流的信息(包含每个音视频流的码率，所包含的分片获取方式)。例如，配置文件中包含了7个音视频流信息，如下所示：
音视频流00：40Kbps有音频流，无视频流，有1张JPEG图片
音视频流01：120Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率176x144)
音视频流02：300Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率320x180)
音视频流03：500Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率400x224)
音视频流04：800Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率480x270)
音视频流05：1300Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率640x360)
音视频流06：2200Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率1024x576)
由于数据通过HTTP协议传输，所以完全不用考虑防火墙或者代理的问题，而且分片文件的可以播放的时长很短，客户端可以随时选择和切换到对应的码率上，以适应不同带宽条件下的播放。
下载音视频流时，我们以分片作为最基本的播放单位，对于一个分片，只有两种选择：要么完全下载并播放，要么不下载或者下载一部分之后丢弃。
对于分片，我们一般把一个分片分为若干(≧5)个数据包来下载。每下载完成一次数据包，我们就可以获得下载的信息(下载的字节数和下载时间)，通过这些下载信息，我们可以计算出网速。
在手机终端可以使用HLS客户端来收看服务器上的节目。HLS客户端首先接收m3u8格式的配置文件，然后计算当前的网络速度，并实时依据网络速度来下载对应带宽的音视频流，以达到最佳的用户体验。
其中，计算当前网速的方法是：将最近已经下载的50个数据包字节大小/50个数据包的下载时间，得到当前网络平均速度。通常的，一个分片少于50个包，因此需要下载至少一个分片后才能测算出当前的网络平均速度。
当网速发生极大波动时，因为原有的计算方法是取得50个包网络平均速度，故不能及时根据变化后的网速选择切换到对应的码流，会导致卡顿时间比较长(网速快速下降时)或进入最佳播放状态的时间比较长(网速快速提高时)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供基于HLS客户端的网络流下载终端及优化方法，当网速发生极大波动时，播放HLS媒体流出现卡顿时间比较短并且可以快速进入最佳播放状态。本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载终端，包括即时速度检测模块、频流带宽检测模块以及网络流切换模块，所述即时速度检测模块用于获得即时速度或者即时速度的平均速度，所述频流带宽检测模块用于获得当前音视频流带宽；
所述网络流切换模块通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过比较即时速度信息与平均速度信息，区分网速变动的类型，再根据所述网速变动的类型来选择对应的网络流。
所述即时速度检测模块获得即时速度具体为通过当前数据包下载的字节数和下载所需的时间计算所述即时速度。
基于HLS客户端的网络流下载优化方法，通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过比较即时速度信息与平均速度信息，区分网速变动的类型，再根据所述网速变动的类型来选择对应的网络流。
所述即时速度信息的获取方式具体为：通过当前数据包的下载信息计算即时速度，所述下载信息为下载的字节数和下载所需的时间。
所述通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，区分网速变动的类型具体为：
比较所述即时速度和当前音视频流带宽的关系，如果所述即时速度<第一阈值与所述当前音视频流带宽的乘积，则是网速陡降；如果所述即时速度>第二阈值与所述当前音视频流带宽的乘积，则是网速陡升；否则为网速缓升或网速缓降。
所述通过即时速度信息与所述平均速度信息间的比较区分网速变动的类型具体为：如果所述即时速度<第一阈值与所述平均速度的乘积，则是网速陡降；如果所述即时速度>第二阈值与平均速度的乘积，则是网速陡升；否则为网速缓升或网速缓降。
如果当前属于网速陡升或者网速陡降，通过所述即时速度与m3u8配置来选择对应的网络流；否则，根据所述平均速度和m3u8配置来选择对应的网络流。
如果当前属于网速陡升或者网速陡降，对几个即时速度求平均值以后，根据平均即时速度和m3u8配置来选择对应的网络流。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
该系统及方法能够将网速的波动划分为以下几种类型：网速缓升，网速缓降，网速陡升，网速陡降；通过即时速度信息区分网速变动的类型，并依据网速变动类型作出选择；
具体来说，过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过所述即时速度信息与m3u8配置信息的相互比较；或者该该方法还能够通过即时速度信息与平均速度信息间的比较，来确定网速变动的类型，最终通过对网速大幅突然变化的类型优化处理，提升用户体验。
及时根据变化后的网速选择切换到对应的码流，使卡顿时间缩短或者快速进入最佳播放状态。
附图说明
图1是本发明基于HLS客户端的网络流下载终端的第一实施方式的结构示意图；
图2是本发明基于HLS客户端的网络流下载终端的第二实施方式的结构示意图；
图3是本发明基于HLS客户端的网络流下载优化方法的第一实施方式的流程示意图；
图4是本发明基于HLS客户端的网络流下载优化方法的第二实施方式的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供基于HLS客户端的网络流下载终端及优化方法，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所涉及的基于HLS客户端的网络流下载终端，参阅图1，为本发明提供的第一种实施方式的结构示意图。
包括即时速度检测模块110、频流带宽检测模块120以及网络流切换模块130，所述即时速度检测模块110用于获得即时速度或者即时速度的平均速度，所述频流带宽检测模块120用于获得当前音视频流带宽；
所述网络流切换模块130通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过比较即时速度信息与平均速度信息，区分网速变动的类型，再根据所述网速变动的类型来选择对应的网络流。
区别于现有技术，本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载终端，采用网络流切换模块，该模块比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者与m3u8配置信息的相互比较，使在下载网络流时用户端可以快速根据网络苏变动进行网络流选择，大大缩短了网络流间相互切换的时间，提升用户体验。
参阅图2，图2是本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载终端的第二实施方式的结构示意图。
除了第一种实施方式中所包含的模块以外，该系统还包括平均速度获取模块140，所述网络流切换模块130，通过即时速度信息与平均速度信息间的比较，区分网速变动的类型，并依据所述网速变动的类型作出网络流选择。
具体的，所述即时速度检测模块110获得即时速度具体为通过当前数据包下载的字节数和下载所需的时间计算所述即时速度。
区别于现有技术，本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载终端中，络流切换模块还可以通过平均速度模块，将即时速度与平均速度进行比较，为网络流选择提供另一个途径，大大缩短了网络流间相互切换的时间，提升用户体验。
参阅图3，图3是本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载优化方法第一实施方式的流程示意图。
基于HLS客户端的网络流下载优化方法具体为：s110：通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过比较即时速度信息与平均速度信息，区分网速变动的类型，s120：再根据所述网速变动的类型来选择作出网络流的选择。
所述即时速度信息的获取方式具体为：通过当前数据包的下载信息计算即时速度，所述下载信息为下载的字节数和下载所需的时间。
所述通过即时速度信息的相互比较区分网速变动的类型具体为：
比较所述即时速度和当前音视频流带宽的关系，如果所述即时速度<第一阈值与所述当前音视频流带宽的乘积，则是网速陡降；如果所述即时速度>第二阈值与所述当前音视频流带宽的乘积，则是网速陡升；否则为网速缓升或网速缓降。
所述通过即时速度信息与所述平均速度信息间的比较区分网速变动的类型具体为：如果所述即时速度<第一阈值与所述平均速度的乘积，则是网速陡降；如果所述即时速度>第二阈值与平均速度的乘积，则是网速陡升；否则为网速缓升或网速缓降。
如果当前属于网速陡升或者网速陡降，通过所述即时速度与m3u8配置来选择对应的网络流；否则，根据所述平均速度和m3u8配置来选择对应的网络流。
区别于现有技术，本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载优化方法，该方法采用了两种方式，对网速变动类型进行识别，1)通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，2)或者该该方法还能够通过即时速度信息与平均速度信息间的比较，依据所述网速变动的类型作出网络流选择；这样大大缩短了网络流间相互切换的时间，提升用户体验。及时根据变化后的网速选择切换到对应的码流，使卡顿时间缩短或者快速进入最佳播放状态。
参阅图4，图4是本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载优化方法第二实施方式的流程示意图，该图给出了一个实现方式的详细流程。
第一步、计算网络的即时速度；
具体的，通过当前数据包的下载信息(下载信息包括：下载的字节数和下载所需的时间)，计算即时速度。例如，通过当前3个数据包的下载信息计算即时速度。
可选的，该步骤中还通过最近一段时期数据包的下载信息，计算平均速度。例如，通过最近50个数据包的下载信息计算平均速度。其中，即时速度可以反映当前的下载速度，平均速度反映一段时间内的下载速度。为了实现计算网络的即时速度和平均速度，系统需要始终保持若干个数据包的下载信息。
第二步、通过即时速度，判断是否属于网速陡升或陡降。
具体判断方式为：方式1，比较即时速度和当前音视频流带宽的关系；如果即时速度<第一阈值*当前音视频流带宽，则认为是网速陡降；如果即时速度>第二阈值*当前音视频流带宽，则认为是网速陡升。
方式2，比较即时速度和平均速度的关系；如果即时速度<第一阈值*平均速度，则认为是网速陡降；如果即时速度>第二阈值*平均速度，则认为是网速陡升。
例如，配置文件中包含了7个音视频流信息，如下所示：
音视频流00：40Kbps有音频流，无视频流，有1张JPEG图片
音视频流01：120Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率176x144)
音视频流02：300Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率320x180)
音视频流03：500Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率400x224)
音视频流04：800Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率480x270)
音视频流05：1300Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率640x360)
音视频流06：2200Kbps有音频流，有视频流(视频流分辨率1024x576)
可以选取3个数据包的即时速度来进行判断；选取50个数据包的信息计算平均速度。
即时速度Vm1＝最近下载的第1个数据包字节数/对应数据包下载时间
即时速度Vm2＝最近下载的第2个数据包字节数/对应数据包下载时间
即时速度Vm3＝最近下载的第3个数据包字节数/对应数据包下载时间
平均速度Vn＝最近下载的50个数据包总字节数/对应数据包下载总时间
当前音视频流带宽Va＝当前下载的音视频流对应的码率
网速陡降阈值a(取值为0.6)
网速陡升阈值b(取值为2.0)
如果对于Vm1，Vm2，Vm3都<a*Vn，或者都<a*Va，就认为这是网速陡降。
如果对于Vm1，Vm2，Vm3都>b*Vn，或者都>b*Va，就认为这是网速陡升。
第三步、如果当前属于网速陡升或者网速陡降，通过即时速度和m3u8配置来选择对应的流。否则，还是根据平均速度和m3u8配置来选择对应的流。
具体的，可以是对几个即时速度求平均值以后，再选择对应的流。
例：m3u8配置如前面配置文件中的7个音视频流信息
当前播放的为02音视频流，速度300KBps
Vn＝350KBps
Vm1＝150KBps；Vm2＝160KBps；Vm3＝140KBps；
发现Vm1，Vm2，Vm3都<a*Vn，认为这是网速陡降，然后计算得到即时速度的平均速度150KBps，依据m3u8配置中的不同流需要的网速，切换到流01。
网速陡升情况改进后的效果：通过3组的测试对比，自适应所需的时间减少了50％～80％不等，平均减少的自适应时间为原来总时间的70％。
网速陡降改情况进后的效果：
对于原来的算法，原来的用户体验根本不能接受，在某些极端(网速下降的比例很大)的测试中，音视频会卡1分钟以上。
通过3组的测试对比，原来的算法，音视频会卡平均20秒以上；而采用了改进后的方法之后，基本上没有卡的情况出现，少数情况会卡1～3秒，在可以接受的范围内。
区别于现有技术，本发明提供的基于HLS客户端的网络流下载优化方法，该方法采用了两种方式，对网速变动类型进行识别，1)通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，2)或者该该方法还能够通过即时速度信息与平均速度信息间的比较，在选择网络流时，还可以对几个即时速度求平均值以后，根据平均即时速度和m3u8配置来选择对应的网络流，依据所述网速变动的类型作出网络流选择。
具体的HLS网络流音视频节目点播在不同网速变化情况下的测试数据如下：
本实施例还给出了测试对比的真实案例，做了3组测试实验，说明这样大大缩短了网络流间相互切换的时间，提升用户体验。通过3组的测试对比，自适应所需的时间减少了50％～80％不等，网速选择切换到对应的码流的时间大大减小，平均减少的自适应时间为原来总时间的70％，明显使卡顿时间缩短或者快速进入最佳播放状态。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.基于HLS客户端的网络流下载终端，其特征在于，包括即时速度检测模块、频流带宽检测模块以及网络流切换模块，所述即时速度检测模块用于获得即时速度或者即时速度的平均速度，所述频流带宽检测模块用于获得当前音视频流带宽；
所述网络流切换模块通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过比较即时速度信息与平均速度信息，区分网速变动的类型，再根据所述网速变动的类型来选择对应的网络流。
2.根据权利要求1所述的基于HLS客户端的网络流下载终端，其特征在于，所述即时速度检测模块获得即时速度具体为通过当前数据包下载的字节数和下载所需的时间计算所述即时速度。
3.基于HLS客户端的网络流下载优化方法，其特征在于，通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，或者通过比较即时速度信息与平均速度信息，区分网速变动的类型，再根据所述网速变动的类型来选择对应的网络流。
4.根据权利要求3所述的基于HLS客户端的网络流下载优化方法，其特征在于，所述即时速度信息的获取方式具体为：通过当前数据包的下载信息计算即时速度，所述下载信息为下载的字节数和下载所需的时间。
5.根据权利要求3所述的基于HLS客户端的网络流下载优化方法，其特征在于，所述通过比较即时速度信息与当前音视频流带宽，区分网速变动的类型具体为：
比较所述即时速度和当前音视频流带宽的关系，如果所述即时速度<第一阈值与所述当前音视频流带宽的乘积，则是网速陡降；如果所述即时速度>第二阈值与所述当前音视频流带宽的乘积，则是网速陡升；
否则为网速缓升或网速缓降。
6.根据权利要求3所述的基于HLS客户端的网络流下载优化方法，其特征在于，所述通过即时速度信息与所述平均速度信息间的比较区分网速变动的类型具体为：如果所述即时速度<第一阈值与所述平均速度的乘积，则是网速陡降；如果所述即时速度>第二阈值与平均速度的乘积，则是网速陡升；
否则为网速缓升或网速缓降。
7.根据权利要求5或6所述的基于HLS客户端的网络流下载优化方法，其特征在于，
如果当前属于网速陡升或者网速陡降，通过所述即时速度与m3u8配置来选择对应的网络流；否则，根据所述平均速度和m3u8配置来选择对应的网络流。
8.根据权利要求7所述的基于HLS客户端的网络流下载优化方法，其特征在于，如果当前属于网速陡升或者网速陡降，对几个即时速度求平均值以后，根据平均即时速度和m3u8配置来选择对应的网络流。
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