CN117915129B - 基于跨层网络信息的流媒体传输方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于跨层网络信息的流媒体传输方法、装置和存储介质，涉及流媒体传输技术领域，该方法包括：建立与移动终端的通信连接；计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失；确定视频片段传输期间不会出现包丢失的情况后，估算移动终端在连接不同基站并获取不同质量等级视频时的资源效用比；分别计算多个移动终端的资源效用比数据并进行排序；根据资源效用比的排序结果为每个移动终端选择对应基站并分配无线资源，当为某一个移动终端分配无线资源后，资源效用比队列中关于此移动终端的其他值同步删除。本发明利用高速移动场景特征以及网络不同层次的信息，减少跨层网络的传输瓶颈，提升了传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及流媒体传输技术领域，具体而言，涉及一种基于跨层网络信息的流媒体传输方法、装置和存储介质。
背景技术
同时随着网络数据量的增大，RTP/UDP的不可靠传输逐渐不能满足用户对高质量媒体业务的需求，因此HTTP流媒体技术替代了RTP/UDP成为流媒体传输的首选。HTTP/TCP协议使用80端口，可以轻松穿越防火墙和路由器，使流媒体可以兼容一般的Web服务器。目前主流视频供应商都采用了HTTP/TCP自适应传输协议进行流媒体的传输，如DASH（DynamicAdaptive Streaming over HTTP），HLS（HTTP Live Streaming）等。
近期的研究成果表明在高速移动密集接入场景中（如高铁列车上），现有面向连接的网络传输控制机制难以保证稳定的数据传输性能，各项性能指标（吞吐率、时延、完成时间等）呈现极大的不确定性。这将十分不利于保障流媒体等对吞吐率和时延敏感业务的用户体验。其原因主要如下所述：高速移动接入网络环境下，网络状态出现不确定以及急速变化的特性。大多数现有传输技术是通过RTT（Round-Trip Time）的变化来判断网络的状态。面向低速运动的场景，RTT的变化与网络状态的变化同步，以RTT为参数感知网络状态，调节网络参数，自适应传输媒体数据是可行有效的。但是在高速移动接入场景下，由于移动速度过快，基站切换频繁（5G网络环境下基站网络覆盖面更小）以及乒乓切换（在高铁运行环境中，用户终端平均每隔13.7/8.6秒（300/350km/h）进行一次小区切换），导致网络状态和路由的极大不稳定，ACK到达时间不确定。RTT变化难以与网络状态变化同步，通过RTT的变化难以确定网络的真实状态，继而在此基础上进行的媒体自适应传输方案难以应对急剧变化的网络状态。同时，高速移动场景下，由于速度过快，车体穿透损耗大，以及网络的多普勒效应明显，导致误码率增加，误码以及网络状态的快速变化使现有的拥塞控制方案难以准确的调节网络状态。现有的拥塞控制方案缺乏对高速网络状态急剧变化的应对，网络状态估计失真引起网络剧烈的拥塞控制，严重降低了数据链路的吞吐量。
因此，如何在高速移动场景下提升传输效率成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一，公开了一种基于跨层网络信息的流媒体传输方法、装置和存储介质，利用高速移动场景特征，网络不同层次的信息，减少不同网络层的传输瓶颈，提升了传输效率。
本发明的第一方面公开了一种基于跨层网络信息的流媒体传输方法，包括：建立与移动终端的通信连接；根据接收到的当前信道质量数据和下一时刻的信道质量数据计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失，下一时刻的信道质量数据由移动终端预测并上传；确定视频片段传输期间不会出现包丢失的情况后，估算移动终端在连接不同基站并获取不同质量等级视频时的资源效用比；分别计算多个移动终端的资源效用比数据并进行排序；根据资源效用比的排序结果为每个移动终端选择对应基站并分配无线资源，当为某一个移动终端分配无线资源后，资源效用比队列中关于此移动终端的其他值同步删除。
根据本发明公开的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，优选地，还包括：如果为所有移动终端进行无线资源分配后无线资源依然有剩余，则随机选取某一移动终端提升视频码率，直至无线资源分配完毕。
根据本发明公开的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，优选地，还包括：确定视频片段传输期间将会出现包丢失的情况后，向对应移动终端发送基站切换指令。
根据本发明公开的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，优选地，资源效用比的计算方法具体包括：估算移动终端连接不同基站时的CQI值，然后分别计算移动终端连接不同基站时获取不同质量等级视频所需要的无线资源数量N；资源效用比E的计算方法如下：
其中，q表示当前质量等级视频传输后的客观质量，表示视频质量的抖动，F表示
视频缓冲次数，和表示权衡参数。
根据本发明公开的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，优选地，根据接收到的当前信道质量数据和下一时刻的信道质量数据计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失的步骤，具体包括：根据移动终端当前与两个基站的位置关系以及当前的移动速度，计算基站切换时间T：
其中，表示移动终端与将要连接的基站的距离，表示移动终端与当前连接
的基站的距离，V表示移动速度；若T小于当前数据传输所需的时间，则判定视频片段传输期
间会出现包丢失；若T大于或等于当前数据传输所需的时间，则判定视频片段传输期间不会
出现包丢失。
根据本发明公开的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，优选地，还包括：检测到某个移动终端出现包丢失的情况后，根据包丢失原因调整滑动窗口的大小，以进行拥塞控制。
根据本发明公开的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，优选地，判断丢包原因以及进行拥塞控制的步骤具体包括：移动终端与基站间的信号往返时间平均值表示为r，视频片段传输所需时间表示为t，基站切换时间表示为T；若r+t＞T，则判定丢包原因为基站切换；若r+t≤T，则判定丢包原因为网络拥塞；当基站切换导致丢包时，滑动窗口减小至k%，k∈(0,100)；当网络拥塞导致丢包时，滑动窗口减半。
根据本发明公开的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，优选地，基于DASH协议进行视频数据传输。
本发明的第二方面公开了一种基于跨层网络信息的流媒体传输装置，包括：存储器，用于存储程序指令；处理器，用于调用存储器中存储的程序指令以实现如上述任一技术方案的基于跨层网络信息的流媒体传输方法。
本发明的第三方面公开了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有程序代码，程序代码用于实现如上述任一技术方案的基于跨层网络信息的流媒体传输方法。
本发明的有益效果至少包括：基于移动终端与基站的连接情况以及传输的视频质量定义资源效用比，并根据资源效用比数据队列进行无线资源的分配，为每个用户合理分配无线资源，选择合适基站进行连接，选择合适码率的视频数据，提升了传输效率。通过检测丢包原因并执行拥塞控制，减少传输层传输瓶颈。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的基于跨层网络信息的流媒体传输方法的流程示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的基于跨层网络信息的流媒体传输装置的示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
根据本发明的一个实施例，公开了一种基于跨层网络信息的流媒体传输方法，包括：建立与移动终端的通信连接；根据接收到的当前信道质量数据和下一时刻的信道质量数据计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失，下一时刻的信道质量数据由移动终端预测并上传；确定视频片段传输期间不会出现包丢失的情况后，估算移动终端在连接不同基站并获取不同质量等级视频时的资源效用比；分别计算多个移动终端的资源效用比数据并进行排序；根据资源效用比的排序结果为每个移动终端选择对应基站并分配无线资源，当为某一个移动终端分配无线资源后，资源效用比队列中关于此移动终端的其他值同步删除；如果为所有移动终端进行无线资源分配后无线资源依然有剩余，则随机选取某一移动终端提升视频码率，直至无线资源分配完毕；视频片段传输期间检测到移动终端出现包丢失的情况后，根据包丢失原因调整滑动窗口的大小，以进行拥塞控制。
根据上述实施例，优选地，还包括：确定视频片段传输期间将会出现包丢失的情况后，向对应移动终端发送基站切换指令。
根据上述实施例，优选地，资源效用比的计算方法具体包括：估算移动终端连接不同基站时的CQI值，然后分别计算移动终端连接不同基站时获取不同质量等级视频所需要的无线资源数量N；资源效用比E的计算方法如下：
其中，q表示当前质量等级视频传输后的客观质量，表示视频质量的抖动，F表示
视频缓冲次数，和表示权衡参数。
根据上述实施例，优选地，根据接收到的当前信道质量数据和下一时刻的信道质量数据计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失的步骤具体包括：根据移动终端当前与两个基站的位置关系以及当前的移动速度，计算基站切换时间T：
其中，表示移动终端与将要连接的基站的距离，表示移动终端与当前连接
的基站的距离，V表示移动速度；若T小于当前数据传输所需的时间，则判定视频片段传输期
间会出现包丢失；若T大于或等于当前数据传输所需的时间，则判定视频片段传输期间不会
出现包丢失。
根据上述实施例，优选地，丢包原因检测以及拥塞控制的方法具体包括：移动终端与基站间的信号往返时间平均值表示为r，视频片段传输所需时间表示为t，基站切换时间表示为T；若r+t＞T，则判定丢包原因为基站切换；若r+t≤T，则判定丢包原因为网络拥塞；当基站切换导致丢包时，滑动窗口减小至k%，k∈(0,100)；当网络拥塞导致丢包时，滑动窗口减半。
如图1所示，根据本发明的又一个实施例，公开了如上述实施例的基于跨层网络信息的流媒体传输方法在具体应用场景中的实施情况：
使用DASH（基于HTTP的动态自适应流，Dynamic Adaptive Streaming over HTTP）协议进行数据传输；
用户（移动终端）向视频服务器发起视频请求，并同时测量当前信道质量及预测下一时刻的信道质量，然后将两个结果连同环境信息（如移动速度和与各基站的距离）一起发送给基站；
本发明的算法将选择用户需要连接的基站，分配无线资源块(RBs)，并选择适当的视频比特率，具体步骤如下：
计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失，即计算数据传输过程中是否会发生基站切换。表达式如下：
其中，表示当前数据传输的时间，可以通过通用办法估算，表示基
站切换的时间，当则表示下一个视频片段传输期间会因为基站切换而发生包丢失；
当则表示下一个视频片段传输期间不会因为基站切换而发生包丢失，的
值可以通过下面方法计算：
根据用户当前距离两个基站的位置，以及当前的移动速度，基站切换发生的时间处于用户距离当前连接的基站远于要切换的基站。
其中，表示将要连接基站的距离，表示现在连接基站的距离，V表示用户移
动的速度。
无线资源分配、基站选取、码率选取（可以强制用户进行基站切换）：
一、根据通用算法估算每个用户连接不同基站的CQI值，然后分别计算每个用户连接不同基站时候、获取不同质量等级视频所需要的无线资源数量，以及其效用比E，本发明中，定义E公式如下：
公式中N表示当前质量等级所需要的无线资源数量，Q表示传输当前质量等级估算
的用户QoE（体验质量，Quality of Experience），其中Q可以表示为，q表示当
前质量等级视频传输后的客观质量，q可以用PSNR(峰值信噪比，Peak Signal-to-Noise
Ratio)或者SSIM(结构相似性，Structural SIMilarity)表示；表示视频质量的抖动，F表
示视频的冲缓冲（卡顿）次数；和表示权衡参数。
二、根据计算的所有用户链接不同基站，分配不同码率视频时候的效用函数的值，从大到小进行排列。
三、按照上述排列从上到下为用户分配无线资源，选择合适的基站，如果用户需要切换基站则参数A赋值为1。同一名用户只计算一次效用函数，当给一名用户分配无线资源后，效用函数队列中关于此用户的其他值同步删除。
四、一直循环直到无线资源分配完毕。
五、如果为所有用户分配完无线资源，无线资源依然有剩余，则随机选取用户，提升为此用户选择视频的码率。一直循环，直到无线资源分配完毕（或者随机找10名用户，剩余的无线资源都不足以提升其视频的码率），结束循环。
通过上述方法，可以计算每个用户被分配的无线资源数量、下一时刻发送视频的码率以及需要连接的基站。如果预期会因为基站切换而发生包丢失，基站向用户发送切换指令，用户随后将连接到下一个基站。下一个基站重复此过程。
如果服务器检测到包丢失，它将计算包丢失的原因，并通过调整滑动窗口的大小执行拥塞控制。
丢包原因检测方法：
表示数据的传输时间，表示用户到基站数据的平均往返时间。当Y=1
的时候，表示丢包是因为基站切换；当Y=0的时候，表示丢包是因为网络拥塞。
滑动窗口调整方法：
当Y=1，滑动窗口减小,k的值根据之前滑动窗口调节后的效果进行取值，其取
值范围为0-100；当Y=0，滑动窗口减半。
如图2所示，根据本发明的又一个实施例还公开了一种基于跨层网络信息的流媒体传输装置200，包括：存储器201，用于存储程序指令；处理器202，用于调用存储器中存储的程序指令以实现如上述实施例的基于跨层网络信息的流媒体传输方法。
根据本发明的又一个实施例还公开了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有程序代码，程序代码用于实现如上述实施例的基于跨层网络信息的流媒体传输方法。
上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件来完成，该程序可以存储于可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read—OnlyMemory，ROM) 、随机存储器(Random Access Memory，RAM) 、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM) 、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM) 、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM) 、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM) 、只读光盘(CompactDisc Read—Only Memory，CD-ROM) 或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的可读的任何其他介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)
1.一种基于跨层网络信息的流媒体传输方法，其特征在于，包括：
建立与移动终端的通信连接；
根据接收到的当前信道质量数据和下一时刻的信道质量数据计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失，所述下一时刻的信道质量数据由所述移动终端预测并上传；
确定视频片段传输期间不会出现包丢失的情况后，估算所述移动终端在连接不同基站并获取不同质量等级视频时的资源效用比；
分别计算多个移动终端的资源效用比数据并进行排序；
根据资源效用比的排序结果为每个移动终端选择对应基站并分配无线资源，当为某一个移动终端分配无线资源后，资源效用比队列中关于此移动终端的其他值同步删除；
根据接收到的当前信道质量数据和下一时刻的信道质量数据计算在下一个视频片段传输期间是否会因为基站切换而发生包丢失的步骤，具体包括：
根据移动终端当前与两个基站的位置关系以及当前的移动速度，计算基站切换时间T：
Bne+V*T＝Bno-V*T
其中，Bne表示移动终端与将要连接的基站的距离，Bno表示移动终端与当前连接的基站的距离，V表示移动速度；
若T小于当前数据传输所需的时间，则判定视频片段传输期间会出现包丢失；
若T大于或等于当前数据传输所需的时间，则判定视频片段传输期间不会出现包丢失；
所述资源效用比的计算方法具体包括：
估算移动终端连接不同基站时的CQI值，然后分别计算移动终端连接不同基站时获取不同质量等级视频所需要的无线资源数量N；
资源效用比E的计算方法如下：
其中，q表示当前质量等级视频传输后的客观质量，J表示视频质量的抖动，F表示视频缓冲次数，α和β表示权衡参数。
2.根据权利要求1所述的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，其特征在于，还包括：如果为所有移动终端进行无线资源分配后无线资源依然有剩余，则随机选取某一移动终端提升视频码率，直至无线资源分配完毕。
3.根据权利要求1所述的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，其特征在于，还包括：
确定视频片段传输期间将会出现包丢失的情况后，向对应移动终端发送基站切换指令。
4.根据权利要求1所述的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，其特征在于，还包括：
检测到某个移动终端出现包丢失的情况后，判断丢包原因并根据丢包原因调整滑动窗口的大小，以进行拥塞控制。
5.根据权利要求4所述的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，其特征在于，判断丢包原因以及进行拥塞控制的步骤具体包括：
移动终端与基站间的信号往返时间平均值表示为r，视频片段传输所需时间表示为t，基站切换时间表示为T；
若r+t＞T，则判定丢包原因为基站切换；
若r+t≤T，则判定丢包原因为网络拥塞；
当基站切换导致丢包时，滑动窗口减小至k％，k∈(0,100)；
当网络拥塞导致丢包时，滑动窗口减半。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于跨层网络信息的流媒体传输方法，其特征在于，基于DASH协议进行视频数据传输。
7.一种基于跨层网络信息的流媒体传输装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的所述程序指令以实现如权利要求1至6中任一项所述的基于跨层网络信息的流媒体传输方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码用于实现如权利要求1至6中任一项所述的基于跨层网络信息的流媒体传输方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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