CN109121018B - 用于svc-dash点播系统的动态缓存调度方法、设备及存储设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于SVC‑DASH点播系统的动态缓存调度方法、设备及存储设备，其方法包括：根据不同时期的网络带宽，对缓存区的高度进行动态调节，加快视频质量的提升速度，提升带宽的利用率。用于SVC‑DASH点播系统的动态缓存调度设备及存储设备，用于实现用于SVC‑DASH点播系统的动态缓存调度方法。本发明的有益效果是：与现有的SVC‑DASH调度方法相比，本发明的技术方案可以提高带宽的利用率，当网络状况下降时，只需要丢弃分片高层视频块，提高了视频播放的流畅度。

Description

用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法、设备及存储 设备
技术领域
本发明涉及音视频应用领域，尤其涉及用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法、设备及存储设备。
背景技术
现如今，网络内容的分发和传输正在显著增长，而其中视频内容占据了很大比例。据思科VNI(Cisco VNI)预测，到2021年，年度全球IP流量将达到3.3ZB，而视频流量将占据82％的比例，占据主导地位。在视频的传输方面，面对终端和网络的异构性，需要针对不同的设备和变化的网络提供不同质量的视频。HTTP自适应码流(HAS)技术应运而生，客户端能够根据自身情况挑选不同质量的视频分片，而DASH作为HAS的一员，凭借自己的诸多优势，已经发展成为当今最先进的视频流传播技术。同时，由于H.264/SVC(scalable videocoding)能够极大地节约服务器存储空间，而且拥有更灵活的调节模式，近年来越来越多的SVC-DASH方案被提出。
然而，一些问题仍然存在，比如在频繁波动的网络环境中会出现视频质量频繁切换甚至出现视频中断等现象，严重影响用户观看体验。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法、设备及存储设备，用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法，主要包括以下步骤：
S101：获取SVC格式的视频源，将视频源均匀分离成n个视频分片；并根据视频源的质量层级，将每一个视频分片均匀分离成m个视频块，将每个视频分片的m个视频块堆叠成m层，并将所有视频块存储于服务器中；每一个视频块对应有一个分片号i和一个层序号j；其中，m和n均为大于等于1的整数；i的取值范围为[1,n]，j的取值范围为[1,m]；初始化i的值为1；
S102：初始化缓存区参数：设定缓存区高度Lmax的变化范围为[1,m]，设定缓存区长度Bmax的值为max，缓存区的缓存面积是长度为Bmax，高度为Lmax的矩形区域；初始化Lmax的值为m；将缓存区划分为Lmax*Bmax个存储块，这些存储块按照坐标[1,1]、[2,1]…[Bmax,1]、[1,2]…[Bmax,2]…[Bmax,Lmax]依序排列，用来存储所述视频块；其中，[1,1]、[2,1]…[Bmax,1]为缓存区第一层，[1,2]、[2,2]…[Bmax,2]为缓存区第二层，[1,j]、[2,j]…[Bmax,j]为缓存区第j层，[1,Lmax]、[2,Lmax]…[Bmax,Lmax]为缓存区第Lmax层；
S103：下载分片号为i的视频分片的第一层至第Lmax层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第一层至第Lmax层存储块中；
S104：完成分片号为i的视频分片的下载后，更新缓存区第一层缓存状态数据，并判断是否下载结束或者视频客户端被关闭；若是，则到步骤S106；若否，则到步骤S105；
S105：根据缓存区第一层缓存数据确定下一个被下载的视频分片的分片号i；返回到步骤S103；
S106：结束缓存程序，完成动态缓存调度。
进一步地，在步骤S103中，下载分片号为i的视频分片的第一层至第Lmax层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第一层至第Lmax层存储块中的步骤为：
S201：下载分片号为i的视频分片的第x层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第x层存储块中；x为小于或者等于Lmax的整数，且x的初始值为1；
S202：完成所述视频块的下载后，更新平均网络带宽avgBW，并根据平均网络带宽avgBW调整缓存区高度Lmax；调整后的新Lmax值若小于调整前的原Lmax，且当前正在下载的视频分片还有高于新Lmax的视频块未下载完成，则抛弃未下载完的高层视频块；
S203：判断条件x＝Lmax是否成立？若是，则当前视频分片下载结束；若否，将x更新为x+1，返回到步骤S201；
进一步地，在步骤S202中，根据平均网络带宽avgBW调整缓存区高度Lmax的具体步骤为：
S301：判断平均网络带宽avgBW是否大于等于第k-1层视频的码率Qk-1；若是，则缓存区高度Lmax的值为k；若否，则到步骤S302；其中，k为整数，取值范围为[1,m]，且k的初始值取最大值m；
S302：将k更新为k-1，判断k是否为1；若是，则缓存区高度Lmax的值为1；若否，则返回步骤S301。
进一步地，在步骤S104中，当所有视频分片均下载完后，代表下载结束。
进一步地，在步骤S105中，根据缓存区第一层缓存数据确定下一个被下载的视频分片的分片号的步骤为：
S401：遍历缓存区第一层存储块，判断第一层是否有空存储块；若是，令下一个被下载的视频分片的分片号i等于缓存区第一层第一个空存储块的横坐标；若否，则转到步骤S402；
S402：将下载线程挂起，并设置下一个被下载的视频块所对应的分片号i为缓存区第一层最后一个视频块的分片号的下一号；循环判断缓存区是否出现空存储块，一旦出现空存储块，则继续下载；在缓存视频分片的同时，解码播放线程将持续从缓存区中取出视频分片至客户端进行解码播放，每当取走一个视频分片，缓存区中剩余的视频分片依次前移。
一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法。
用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度设备，包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：与现有的SVC-DASH调度方法相比，本发明的技术方案可以提高带宽的利用率，当网络状况下降时，只需要丢弃分片高层视频块，提高了视频播放的流畅度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法的流程图；
图2是本发明实施例中视频缓存区模型的示意图；
图3是本发明实施例中用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法的详细流程图；
图4是本发明实施例中硬件设备工作的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法、设备及存储设备，用于图2所示的视频缓存区模型。
请参考图1，图1是本发明实施例中用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法的流程图，具体包括如下步骤：
S101：获取SVC格式的视频源，将视频源均匀分离成n个视频分片；并根据视频源的质量层级，将每一个视频分片均匀分离成m个视频块，将每个视频分片的m个视频块堆叠成m层，并将所有视频块存储于服务器中；每一个视频块对应有一个分片号i和一个层序号j；其中，m和n均为大于等于1的整数；i的取值范围为[1,n]，j的取值范围为[1,m]；初始化i的值为1；
S102：初始化缓存区参数：设定缓存区高度Lmax的变化范围为[1,m]，设定缓存区长度Bmax的值为max，缓存区的缓存面积是长度为Bmax，高度为Lmax的矩形区域；初始化Lmax的值为m；将缓存区划分为Lmax*Bmax个存储块，这些存储块按照坐标[1,1]、[2,1]…[Bmax,1]、[1,2]…[Bmax,2]…[Bmax,Lmax]依序排列，用来存储所述视频块；其中，[1,1]、[2,1]…[Bmax,1]为缓存区第一层，[1,2]、[2,2]…[Bmax,2]为缓存区第二层，[1,j]、[2,j]…[Bmax,j]为缓存区第j层，[1,Lmax]、[2,Lmax]…[Bmax,Lmax]为缓存区第Lmax层；
S103：从服务器中下载分片号为i的视频分片的第一层至第Lmax层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第一层至第Lmax层存储块中；
S104：完成分片号为i的视频分片的下载后，更新缓存区第一层缓存状态数据，并判断是否下载结束或者视频客户端被关闭；若是，则到步骤S106；若否，则到步骤S105；
S105：根据缓存区第一层缓存数据确定下一个被下载的视频分片的分片号i；返回到步骤S103；
S106：结束缓存程序，完成动态缓存调度。
所述步骤S103中，下载分片号为i的视频分片的第一层至第Lmax层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第一层至第Lmax层存储块中的步骤为：
S201：下载分片号为i的视频分片的第x层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第x层存储块中；x为小于或者等于Lmax的整数，且x的初始值为1；
S202：完成所述视频块的下载后，更新平均网络带宽avgBW，并根据平均网络带宽avgBW调整缓存区高度Lmax；调整后的新Lmax值若小于调整前的原Lmax，且当前正在下载的视频分片还有高于新Lmax的视频块未下载完成，则抛弃未下载完的高层视频块；
S203：判断条件x＝Lmax是否成立？若是，则当前视频分片下载结束；若否，将x更新为x+1，返回到步骤S201；
所述步骤S202中，根据平均网络带宽avgBW调整缓存区高度Lmax的具体步骤为：
S301：判断平均网络带宽avgBW是否大于等于第k-1层视频的码率Qk-1；若是，则缓存区高度Lmax的值为k；若否，则到步骤S302；其中，k为整数，取值范围为[1,m]，且k的初始值取最大值m；
S302：将k更新为k-1，判断k是否为1；若是，则缓存区高度Lmax的值为1；若否，则返回步骤S301。
所述步骤S104中，当所有视频分片均下载完后，代表下载结束。
所述步骤S105中，根据缓存区第一层缓存数据确定下一个被下载的视频分片的分片号的步骤为：
S401：遍历缓存区第一层存储块，判断第一层是否有空存储块；若是，令下一个被下载的视频分片的分片号i等于缓存区第一层第一个空存储块的横坐标；若否，则转到步骤S402；
S402：将下载线程挂起，并设置下一个被下载的视频块所对应的分片号i为缓存区第一层最后一个视频块的分片号的下一号；循环判断缓存区是否出现空存储块，一旦出现空存储块，则继续下载；在缓存视频分片的同时，解码播放线程将持续从缓存区中取出视频分片至客户端进行解码播放，每当取走一个视频分片，缓存区中剩余的视频分片依次前移。
如图3所示为本发明的实施例中用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法的详细流程图，展现了整个动态缓存调度方法的实施流程，与图3对应的各变量的解释如表1所示：
表1变量表1
i(1～n) 视频块分片号
Lmax(1～m) 缓存区高度
Bmax 缓存区长度
Q<sub>k</sub>(1&lt;＝k&lt;＝m) 第k层视频的码率
last_id<sub>1</sub> 缓存区第1层最新下载的视频块的分片号
avgBW 平均网络带宽
通过与现有的调度方法作对比，本发明的技术方案在四种不同的网络环境下(平稳、渐变、突变、抖动)，调度策略在质量提升速度、平均视频质量方面均有良好甚至更好的表现。
请参见图4，图4是本发明实施例的硬件设备工作示意图，所述硬件设备具体包括：用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度设备401、处理器402及存储设备403。
用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度设备401：所述用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度设备401实现所述用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法。
处理器402：所述处理器402加载并执行所述存储设备403中的指令及数据用于实现所述用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法。
存储设备403：所述存储设备403存储指令及数据；所述存储设备403用于实现所述用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法。
本发明的有益效果是：与现有的SVC-DASH调度方法相比，本发明的技术方案可以提高带宽的利用率，当网络状况下降时，只需要丢弃分片高层视频块，提高了视频播放的流畅度。
以上所述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 (4)

1.用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101：获取SVC格式的视频源，将视频源均匀分离成n个视频分片；并根据视频源的质量层级，将每一个视频分片均匀分离成m个视频块，将每个视频分片的m个视频块堆叠成m层，并将所有视频块存储于服务器中；每一个视频块对应有一个分片号i和一个层序号j；其中，m和n均为大于等于1的整数；i的取值范围为[1,n]，j的取值范围为[1,m]；初始化i的值为1；
S102：初始化缓存区参数：设定缓存区高度Lmax的变化范围为[1,m]，设定缓存区长度Bmax的值为max，缓存区的缓存面积是长度为Bmax，高度为Lmax的矩形区域；初始化Lmax的值为m；将缓存区划分为Lmax*Bmax个存储块，这些存储块按照坐标[1,1]、[2,1]…[Bmax,1]、[1,2]…[Bmax,2]…[Bmax,Lmax]依序排列，用来存储所述视频块；其中，[1,1]、[2,1]…[Bmax,1]为缓存区第一层，[1,2]、[2,2]…[Bmax,2]为缓存区第二层，[1,j]、[2,j]…[Bmax,j]为缓存区第j层，[1,Lmax]、[2,Lmax]…[Bmax,Lmax]为缓存区第Lmax层；
S103：下载分片号为i的视频分片的第一层至第Lmax层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第一层至第Lmax层存储块中；
S104：完成分片号为i的视频分片的下载后，更新缓存区第一层缓存状态数据，并判断是否下载结束或者视频客户端被关闭；若是，则到步骤S106；若否，则到步骤S105；
S105：根据缓存区第一层缓存数据确定下一个被下载的视频分片的分片号i；返回到步骤S103；
S106：结束缓存程序，完成动态缓存调度；
在步骤S103中，下载分片号为i的视频分片的第一层至第Lmax层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第一层至第Lmax层存储块中的步骤为：
S201：下载分片号为i的视频分片的第x层视频块到缓存区第一层第一个空存储块的横坐标对应的第x层存储块中；x为小于或者等于Lmax的整数，且x的初始值为1；
S202：完成所述视频块的下载后，更新平均网络带宽avgBW，并根据平均网络带宽avgBW调整缓存区高度Lmax；调整后的新Lmax值若小于调整前的原Lmax，且当前正在下载的视频分片还有高于新Lmax的视频块未下载完成，则抛弃未下载完的高层视频块；
S203：判断条件x＝Lmax是否成立，若是，则当前视频分片下载结束；若否，将x更新为x+1，返回到步骤S201；
在步骤S202中，根据平均网络带宽avgBW调整缓存区高度Lmax的具体步骤为：
S301：判断平均网络带宽avgBW是否大于等于第k-1层视频的码率Qk-1；若是，则缓存区高度Lmax的值为k；若否，则到步骤S302；其中，k为整数，取值范围为[1,m]，且k的初始值取最大值m；
S302：将k更新为k-1，判断更新后的k是否为1；若是，则缓存区高度Lmax的值为1；若否，则返回步骤S301；
在步骤S105中，根据缓存区第一层缓存数据确定下一个被下载的视频分片的分片号的步骤为：
S401：遍历缓存区第一层存储块，判断第一层是否有空存储块；若是，令下一个被下载的视频分片的分片号i等于缓存区第一层第一个空存储块的横坐标；若否，则转到步骤S402；
S402：将下载线程挂起，并设置下一个被下载的视频块所对应的分片号i为缓存区第一层最后一个视频块的分片号的下一号；循环判断缓存区是否出现空存储块，一旦出现空存储块，则继续下载；在缓存视频分片的同时，解码播放线程将持续从缓存区中取出视频分片至客户端进行解码播放，每当取走一个视频分片，缓存区中剩余的视频分片依次前移。
2.如权利要求1所述的用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法，其特征在于：在步骤S104中，当所有视频分片均下载完后，代表下载结束。
3.一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～2所述的任意用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法。
4.用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度设备，其特征在于：包括：处理器及存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～2所述的任意一种用于SVC-DASH点播系统的动态缓存调度方法。
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