CN106470350A - 基于动态比特率的码率自适应方法及装置 - Google Patents

基于动态比特率的码率自适应方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态比特率的码率自适应方法及装置，涉及网络电视直播领域。其中的方法包括：根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率；根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。从而使得网络电视直播能够更平滑地切换码流，减小码率切换时的波动，提升用户观感。

Description

基于动态比特率的码率自适应方法及装置
技术领域
本发明涉及网络电视直播领域，特别涉及一种基于动态比特率的码率自适应方法及装置。
背景技术
HLS(HTTP Live Streaming)是动态码率自适应技术，该技术由服务器端提供多种码率的视频流，客户端在播放视频媒体时，可根据自身的网络带宽选择合适码率的视频流进行播放。
HLS技术应用于IPTV(网络电视)的VBR(Variable Bit Rate，动态比特率)直播视频时存在的问题是，IPTV直播业务的低延时性要求缓冲时间太短，导致终端无法按照原有HLS在缓存播放的时间进行码流的选择，HLSIPTV直播在码率切换时波动较大，用户观感较差。
发明内容
本发明实施例所要解决的一个技术问题是：如何减小HLSIPTV直播在码率切换时的波动，提升用户观感。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于动态比特率的码率自适应方法，包括：根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率；根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种基于动态比特率的码率自适应装置，包括：预测单元，用于根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率；下载单元，用于根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。
本发明至少具有以下优点：
根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率，并根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。从而使得IPTV直播能够更平滑地切换码流，减小码率切换时的波动，提升用户观感。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明基于动态比特率的码率自适应方法一个实施例的流程示意图。
图2示出本发明基于动态比特率的码率自适应方法另一个实施例的流程示意图。
图3示出本发明基于动态比特率的码率自适应方法又一个实施例的流程示意图。
图4示出本发明基于动态比特率的码率自适应装置一个实施例的流程示意图。
图5示出本发明基于动态比特率的码率自适应装置又一个实施例的流程示意图。
图6示出本发明基于图5所示的码率自适应装置的码率自适应过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参考图1描述本发明一个实施例的基于动态比特率的码率自适应方法。
图1示出本发明一种基于动态比特率的码率自适应方法一个实施例的流程示意图。如图1所示，该实施例的方法包括：
步骤S102，根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率。
步骤S104，根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。
上述方法使得IPTV直播能够更平滑地切换码流，减小码率切换时的波动，提升用户观感。同时，相对于原有HLS在缓存播放的时间进行码流的选择，本发明可以满足IPTV直播业务低时延的要求。
在步骤S102中，根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率的一种实现方法如下：
将最近下载的N个分片的实际码率、标准码率和分片号n分别带入如下码率预测线性拟合公式，计算得到码率预测线性拟合公式的系数aN-1至a0；
将准备下载的分片的分片号和所有标准码率带入码率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
其中，N为大于1的自然数，即，可以根据最近下载的至少两个分片进行预测。N的具体取值可以根据预测精度和计算复杂度等因素确定。
此外，可以通过m3u8索引文件来声明码流的各个标准码率。例如，Index.m3u8文件下包含了low.m3u8、Mid.m3u8和High.m3u8三个子文件，即在Index.m3u8中声明码流的三种标准码率。在一种实际应用中，IPTV高清直播在应用HLS技术时可以使用2.3M、4M、6M三种不同的标准码率。
通过上述线性拟合预测方法，可以通过最近下载的若干分片的实际码率来预测准备下载的分片的码率。
在步骤S102中，根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的网络下载速率的一种实现方法如下：
将最近下载的N个分片的实际网络下载速率和分片号n分别带入如下网络下载速率预测线性拟合公式，计算得到网络下载速率预测线性拟合公式的系数bN-1至b0，
分片n的网络下载速率＝bN-1nN-1+bN-2nN-2+…+b0
将准备下载的分片的分片号带入网络下载速率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片的预测网络下载速率。
通过上述线性拟合预测方法，可以通过最近下载的若干分片的实际网络下载速率来预测准备下载的分片的网络下载速率。
然而，如果同时使用HLS与VBR技术，可能会出现分片的实际码率与索引文件中声明的标准码率不一致的情况。按照现有的分片码率的选择方式，即，根据当前的网络下载速率和标准码率进行分片码率的选择，可能造成视频卡顿。例如，实际网络下载速率是4.5M，对于一片标准码率是4M的分片，该分片的实际码率可能是5.5M，此时会发生视频卡顿的现象，影响用户的观感。
为了解决视频卡顿的问题，本发明根据最近下载的分片的实际码率、标准码率等信息，采用线性拟合的方式对准备下载的分片对应的码率及网络下载速率进行预测，并且还需要对准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率进行选择。因此，本发明还提出步骤S104(即，根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载)的一种示例性的实现方法：
将准备下载的分片对应的预测码率(即，准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率)与预测网络下载速率进行比较，从准备下载的分片对应的预测码率中，选择码率最大且不大于预测网络下载速率的分片并进行下载。
通过上述比较和选择方案，既能够保证视频的正常传输，又能够根据预测情况选择最清晰的码流进行下载。
本发明还可以对准备下载的分片的预测码率进行修正，下面结合图2描述该情形下本发明的码率自适应方法。
图2示出本发明一种基于动态比特率的码率自适应方法另一个实施例的流程示意图。如图2所示，该实施例的方法包括：
步骤S102，根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率。
步骤S203，将准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率与该标准码率的比值与预设的峰值码率A进行比较，根据比较结果对预测码率进行修正，若比值大于或等于A，则需要修正预测码率，可以按照峰值码率A计算准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率，即，峰值码率A与标准码率的乘积作为准备下载的分片在该标准码率下的预测码率；若比值小于A，则无须修正预测码率，可以直接采用前述按照该比值利用码率预测线性拟合公式计算出来的准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
步骤S104，根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。
上述方法可以进一步减小码率切换时的波动，使得IPTV直播能够更加平滑地切换码流，进一步提升用户观感。此外，通过设定峰值码率，能够避免分片的预测码率均大于预测网络速率的情况，提高预测的成功率。
下面结合图3描述下载分片之后，保存该分片的实际码率和实际网络下载速率，以便进行后续预测的情形。
图3示出本发明一种基于动态比特率的码率自适应方法又一个实施例的流程示意图。如图3所示，该实施例的方法在步骤S104之后还包括：
步骤S306，计算该下载分片的实际码率和该分片的实际网络下载速率。一种示例性的计算方法如下：
根据线性预测后下载分片的大小和时长，计算该下载分片的实际码率。根据线性预测后下载分片的下载时间和大小，计算该下载分片的实际网络下载速率。
步骤S308，将该下载分片的实际码率和实际下载速率更新到存储单元中，用于预测后续分片的码率和网络速率。
通过对最近下载的这一码片的信息进行统计，可以为后续码片的下载提供预测的基础。
下面描述本发明基于动态比特率的码率自适应方法的一个应用示例。
在初始状态，IPTV终端开始下载HLS直播流的数据包，目前已经下载102个分片，使用最近下载的三个分片100、101、102的数据进行预测。假设序号为100、101、102分片的实际码率分别为3.4M、3.8M及4.1M，三个分片所对应的标准码率均为4M，网络下载速率分别为5M、4.5M、4M，VBR标签的峰值码率预先设定为1.5倍。
使用线性拟合公式f(x)＝ax2+bx+c进行线性拟合，将三个分片的实际码率及标准码率代入线性拟合公式，计算求得码率的线性拟合公式中的系数分别为a＝0.05、b＝10.4、c＝-541。进一步可计算出下一分片的实际码率与标准码率的比例为1.075，该数值小于VBR峰值1.5，根据比例1.075预测下一分片对应于2.3M、4M、6M的三个标准码片的码流的速率分别为2.47M、4.3M、6.45M。
然后，将网络速率代入线性拟合公式，计算网络速率的线性拟合公式中的系数分别为a＝0.05、b＝-10.5、c＝560。然后将准备下载的分片的序号103代入线性拟合公式中，预测下一分片的网络速率为3.8M。
由于3.8M小于4.3M及6.45M，即标准码率为4M、6M所对应的码流的预测码率比预测网络速率要高，所以选择标准码率为2.3M的分片进行下载。分片下载后，计算分片的实际码率和实际网络速率，并加入存储单元，继续对下一分片进行预测。
下面结合图4描述本发明一种基于动态比特率的码率自适应装置的结构。该码率自适应装置可以设置在终端中，该终端例如可以是IPTV终端。
图4示出本发明一种基于动态比特率的码率自适应装置一个实施例的结构示意图。如图4所示，该实施例的码率自适应装置400包括：
预测单元402，用于根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率；
下载单元404，用于根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。
其中，预测单元402包括码率预测子单元，用于：将最近下载的N个分片的实际码率、标准码率和分片号n分别带入如下码率预测线性拟合公式，计算得到码率预测线性拟合公式的系数aN-1至a0；
将准备下载的分片的分片号和所有标准码率带入码率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
其中，预测单元402包括网络下载速率预测子单元，用于：将最近下载的N个分片的实际网络下载速率和分片号n分别带入如下网络下载速率预测线性拟合公式，计算得到网络下载速率预测线性拟合公式的系数bN-1至b0，
分片n的网络下载速率＝bN-1nN-1+bN-2nN-2+…+b0
将准备下载的分片的分片号带入网络下载速率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片的预测网络下载速率。
下载单元404可以用于将准备下载的分片对应的预测码率(即，准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率)与预测网络下载速率进行比较，从准备下载的分片对应的预测码率中，选择码率最大且不大于预测网络下载速率的分片并进行下载。
预测单元402进一步可以用于：将准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率与该标准码率的比值与预设的峰值码率A进行比较，若比值大于或等于A，则需要修正预测码率，可以按照峰值码率A计算准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率，即，峰值码率A与标准码率的乘积作为准备下载的分片在该标准码率下的预测码率；若比值小于A，则无须修正预测码率，可以直接采用前述按照该比值利用码率预测线性拟合公式计算出来的准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
图5示出本发明一种基于动态比特率的码率自适应装置另一个实施例的结构示意图。如图5所示，该实施例的码率自适应装置400还包括：存储单元501，用于存储已经下载的分片的实际码率和实际网络下载速率。
预测单元402还用于：在下载单元404对准备下载的分片进行下载后，计算该下载分片的实际码率和该下载分片的实际网络下载速率，将计算所得的该下载分片的实际码率和实际网络下载速率更新到存储单元501中，用于预测后续分片的码率和网络速率。
预测单元402用于：根据线性预测后的下载分片的大小和时长，计算该下载分片的码率；根据线性预测后的下载分片的下载时间和大小，计算该下载分片的网络下载速率。
作为一种示例性的实现方式，存储单元501例如可以基于数据库实现，预测单元402例如可以基于预测引擎实现，下载单元404例如可以基于播放器实现。
下面结合图6描述基于图5所示的码率自适应装置的码率自适应过程。
步骤S602，IPTV终端中的预测单元402从存储单元501读取最近下载的N个分片的实际码率和实际网络下载速率等实际数据。
步骤S604，预测单元402根据最近下载的N个分片的实际数据，采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率，并将预测数据发送给下载单元404。
步骤S606，下载单元404根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片从流媒体服务器进行下载。
步骤S608，下载单元404下载分片后，记录该下载分片的大小、时长和下载时间等信息，并将记录的信息传送给预测单元402。
步骤S610，预测单元402根据线性预测后的该下载分片的大小和时长，计算该下载分片的实际码率，根据线性预测后的该下载分片的下载时间和大小，计算该下载分片的实际网络下载速率，并将该下载分片的实际码率和实际下载速率更新到存储单元中，用于预测后续分片的码率和网络速率。
上述方法使得IPTV直播能够更平滑地切换码流，减小码率切换时的波动，提升用户观感。同时，相对于原有HLS在缓存播放的时间进行码流的选择，本发明可以满足IPTV直播业务低时延的要求。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种基于动态比特率的码率自适应方法，包括：
根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率；
根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率包括：
将最近下载的N个分片的实际码率、标准码率和分片号n分别带入如下码率预测线性拟合公式，计算得到所述码率预测线性拟合公式的系数aN-1至a0；
将准备下载的分片的分片号和所有标准码率带入所述码率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率包括：
将最近下载的N个分片的实际网络下载速率和分片号n分别带入如下网络下载速率预测线性拟合公式，计算得到所述网络下载速率预测线性拟合公式的系数bN-1至b0，
分片n的网络下载速率＝bN-1nN-1+bN-2nN-2+…+b0
将准备下载的分片的分片号带入所述网络下载速率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片的预测网络下载速率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载包括：
将准备下载的分片对应的预测码率与预测网络下载速率进行比较，从准备下载的分片对应的预测码率中，选择码率最大且不大于预测网络下载速率的分片并进行下载。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载包括：
将准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率与预测网络下载速率进行比较，从准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率中，选择码率最大且不大于预测网络下载速率的分片并进行下载。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在将准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率与预测网络下载速率进行比较之前，所述方法还包括：
将准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率与该标准码率的比值与预设的峰值码率A进行比较，若所述比值大于或等于A，则按照峰值码率A计算准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述准备下载的分片进行下载后，计算该下载分片的实际码率和该分片的实际网络下载速率，并将该下载分片的实际码率和实际下载速率更新到存储单元中，用于预测后续分片的码率和网络速率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中，
根据线性预测后的该下载分片的大小和时长，计算该下载分片的实际码率；
根据线性预测后的该下载分片的下载时间和大小，计算该下载分片的实际网络下载速率。
9.一种基于动态比特率的码率自适应装置，包括：
预测单元，用于根据最近下载的分片采用线性拟合的方式预测准备下载的分片对应的码率及网络下载速率；
下载单元，用于根据准备下载的分片对应的预测码率及预测网络下载速率选择相应码率的分片进行下载。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预测单元包括码率预测子单元，用于：
将最近下载的N个分片的实际码率、标准码率和分片号n分别带入如下码率预测线性拟合公式，计算得到所述码率预测线性拟合公式的系数aN-1至a0；
将准备下载的分片的分片号和所有标准码率带入所述码率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预测单元包括网络下载速率预测子单元，用于：
将最近下载的N个分片的实际网络下载速率和分片号n分别带入如下网络下载速率预测线性拟合公式，计算得到所述网络下载速率预测线性拟合公式的系数bN-1至b0，
分片n的网络下载速率＝bN-1nN-1+bN-2nN-2+…+b0
将准备下载的分片的分片号带入所述网络下载速率预测线性拟合公式，求得准备下载的分片的预测网络下载速率。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述下载单元用于：
将准备下载的分片对应的预测码率与预测网络下载速率进行比较，从准备下载的分片对应的预测码率中，选择码率最大且不大于预测网络下载速率的分片并进行下载。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述下载单元用于：
将准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率与预测网络下载速率进行比较，从准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率中，选择码率最大且不大于预测网络下载速率的分片并进行下载。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预测单元还用于：
将准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率与该标准码率的比值与预设的峰值码率A进行比较，若所述比值大于或等于A，则按照峰值码率A计算准备下载的分片在各个标准码率下所对应的预测码率。
15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预测单元还用于：
在所述下载单元对所述准备下载的分片进行下载后，计算该下载分片的实际码率和该下载分片的实际网络下载速率，并将该下载分片的实际码率和实际下载速率更新到存储单元中，用于预测后续分片的码率和网络速率。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述预测单元用于：
根据线性预测后的该下载分片的大小和时长，计算该下载分片的实际码率；根据线性预测后的该下载分片的下载时间和大小，计算该下载分片的实际网络下载速率。
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