WO2014048244A1 - Http流媒体的速率自适方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HTTP流媒体的速率自适方法和装置，方法包括：客户端在传输层采用TCP协议，在应用层采用HTTP协议，从服务端获取选择码率的流媒体，其中，选择的码率使得在当前的下载速率下用于缓存流媒体的缓冲区的缓存数据量保持在设定的范围内。本发明提高了用户体验。

Description

HTTP流媒体的速率自适方法及装置 技术领域

本发明属于网络视频传输技术领域， 具体涉及 HTTP流媒体 的速率自适方法^置。 背景技术

近几年来， 动态 HTTP流媒体传输技术广泛应用于网络视频 传输。 选择视频码率过大， 将导致下栽速度小于播放速度， 引起 播放停顿； 选择视频码率过小， 将导致带宽浪费， 视频质量较 差。

在现有系统中， 由于网络带宽的时变特性， 如何选择合适的 视频码率从而最大化用户接受视频质量， 仍然面临挑战。 因此， 选择合适的视频码率比较重要。 发明内容

本发明旨在提供一种 HTTP流媒体的速率自适方法和装置， 以解决上述的问题。

在本发明的实施例中， 提供了一种 HTTP流媒体的速率自适 方法， 包括： 客户端在传输层采用 TCP 协议， 在应用层采用 HTTP协议， 从服务端获取选择码率的流媒体， 其中， 选择的码 率使得在当前的下栽速率下用于緩存流媒体的緩冲区的緩存数据 量保持在设定的范围内。

在本发明的实施例中， 提供了一种 HTTP流媒体的速率自适 装置， 包括： 下栽模块， 用于使客户端在传输层采用 TCP 协 议， 在应用层采用 HTTP协议， 从服务端获取选择码率的流媒 体； 选择模块， 用于选择码率， 4吏得在当前的下栽速率下用于緩 存流媒体的緩冲区的緩存数据量保持在设定的范围内。

本发明上述实施例的 HTTP流媒体的速率自适方法和装置通 过控制緩存区的饱和度来选择速率， 从而在充分利用带宽的同 时， 保¾¾频播放的连续性以及平滑性， 提高了用户体验。 附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成 本申请的一部分， 本发明的示意性实施例及其说明用于解幹本 发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中：

图 1示出了根据本发明实施例的动态 HTTP流媒体系统结 构示意图；

图 2示出了根据本发明实施例的速率调整的比例控制示意 图；

图 3示出了根据本发明实施例的速率调整的比例微分控制 示意图；

图 4示出了根据本发明实施例的 HTTP流媒体的速率自适 装置的示意图。 具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例， 来伴细说明本发明。

图 1示出了根据本发明实施例的动态 HTTP流媒体系统结构 示意图， 包括： 客户端在传输层采用 TCP协议， 在应用层采用 HTTP协议， 从服务端获取选择码率的流媒体， 其中， 选择的码 率使得在当前的下栽速率下用于緩存流媒体的緩冲区的緩存数据 量保持在设定的范围内。

在该实施例中， 将接收端緩冲区中的緩存数据量作为反馈信 号， 调整视频码率， it*当于依据网络带宽状况调整下栽速率， 从而在充分利用带宽的同时， 保证视频播放的连续性以及平滑 性， 提高了用户 。

优选地， 在服务端利用转码技术， 将视频内容编码成具有不 同码率的多个视频文件； 将每个转码后的视频文件切分成一定长 度的多个视频片段， 并以文件的形式存储在服务端； 客户端依次 下栽视频片段， 解码并播放。 具体的， 包括以下步骤：

1、 在服务器端， 依据转码技术， 将每个视频文件转码成具 有不同码率的多个视频文件（图中的 Seg 1、 Seg 2…… Seg N )， 然后将每个转码后的视频文件， 进一步切分成一定时间长度的视 频片段， 并以文件的形式存储于服务器上；

2、 客户端依据时间顺序， 依次请求下栽视频片段；

3、 接收端下栽完一个视频片段后， 对其进行解码并播放， 并开始下一个片段的下栽。

步骤 2 中视频传输采用标准的 HTTP/TCP协议。 步骤 3 中 在进行视频片段的请求下栽时， 需要动态地决定视频的码率， 从 而选择相应的视频片段。

在动态地决定视频的码率时， 可以考虑码率的调整时间和调 整频率的问题。

调整时间： 网络带宽波动性比较大， 在进行速率调整时， 如 何依据带宽的变换， 及时地进行速率切换， 也是速率调整中面临 的一大问题， 调整时间过长将导致速率切换置换滞后带宽变化， 进而引起接收端緩冲区上溢或下溢。

调整频率： 视频码率的频繁调整也会导致用户观看视频的体 验降低， 也即在带宽发生短暂的抖动时， 应该避免速率的调整， 从而保证视频码率的平滑性。 因此， 在动态 HTTP 流媒体系统 中， 如何选择合适的视频码率从而提高用户观看视频的体验， 显 得尤为必要。 本发明的优选实施例控制论为理论基础， 提供了解决上述调 整时间和调整频率的速率自适方法及装置， 下面详细说明。

首先给出一些符号定义：

^：第 ^k个片段开始下栽的时刻；

：第 k个片段开始下栽完成的时刻；

：在时刻 时的下栽速率；

在时刻 时的播放速率；

b ^t：在时刻 t时的接收端緩存的数据量；

L：每个视频片段的持续时间；

^V=i^r^-^：可选用视频码率的集合， 满足 ^^…^；

Γ^：被选择的第 ^k个片段的视频码率； 量化函数， 其定义为： 。

第一优选实施例：

本优选实施例的速率调整策略是一种比例控制， 如图 1 所 示， 其中 和 为系统参数， 是速率调整的正向比例控制系 数， ^是速率调整的反馈比例控制系数， 并且

W时， 触头 c与触头 _Cl连接， 当 时， 触头 c 与触头 C₂连接。

当下栽完某一个片段时， 緩冲区中緩存数据的变化如下： b(tt ) =b (tl )+ (d{t) -p {t))dt

Ί

假设在下栽一个片段的过程中， 播放速率与下栽速率均保持 不变 则

为了实现视频的流畅播放， 需要选择一种合适的视频码率， 使得緩冲区既不上溢， 也不下溢。

控制上溢： 当 时， 緩冲区有可能出现上溢， 导致播 放异常， 为了避免上溢发生， 必须满足 ⁰( )^≤ ， 即第 个视频 片段 ：

定义上述不等式的右边为 ， 代表了速率^ ^的一个上 界。 当 W< 时， 意味着所选择的视频码率小于下栽带宽， over (

在实际系统中， 这是不合理的。 这主要是因为 ^r ( 是緩存数据 的的减函数， 意味着緩存数据很多， 此时选择一个比带宽更小的 视频速率， 是没必要的。 因此， 针对这种情况， 本发明优选实施 例提出了一种睡眠机制， 用于消耗部分緩存数据， 从而使得 ^{r W}不小于下栽带宽， 因此， 可以得到睡眠时间为：

_ {d{t) -p {t))L+b{t^ -b^ 控制下溢： 当 W<PW时， 緩冲区有可能出现下溢， 导致播 放停顿， 为了避免下溢发生， 必须满足 ^≥¾m， 也即第 个视 频片段的速率需要满足：

under

定义上述不等式的右边为 ^r ， 代表了在可能出现緩冲区 ， 《^ ， τ 的另一个上界。 当 ^Ιζ)<Γι , 则意味着不存在 可用的视频码率， 能避免緩冲区下溢。 因此， 针对这种情况， 本 发明优选实施例提出了一种速率重置策略， 当 ^^^^("^ 时， 直接将视频码率设置为最低速率：

r[k =r_x

综上所述， 速率调整过程可以概括为：

'Q[r^over{k)) if „ 、8υ·^ονα ΐή≥ ή

Q r^under{k)) if d(t)<p(t)&r^under(k)≥a_ri

r{k-l) if d(t)=p(t)

r_x else

其中 ^β(·)代表了量化函数， 上式表明， 当 ^)>^)或 4 <ρ« 时， 分别选择合适的视频码率避免緩冲区的上溢和下溢； 当 W>PW时， 选择与上一个视频片段相同的视频码率作为目标码 率； 当 ^ ；^^太小时， 直接重置视频片段的码率为最低可用 的视频码率。

第二优选实施例：

上述比例控制系统一般具有稳态误差， 而且容易导致输出码 率的震荡。 本优选实施例的速率调整策略是一种比例微分系统， 即将图 1 中的比例环节换成比例微分环节， 从而提高速率调整的 性能， 如图 3所示， 其中的比例微分控制环节为 ^G。(^s)， 其形式如 下：

G_c(s)=K_p+K_ds

此时， 系统的传输函数为： 其中， 和 是系统参数， 为了保证系统的稳定性， 系统 s_p = ^ < 0 传输函数的极点必须位于 s平面的左边， 也即 ^κ ， 从 而 和 需满足如下条件：

κ < -—

ρ κ、

Κ , >0 Κ, <0

或

图 4示出了根据本发明实施例的 HTTP流媒体的速率自适装 置的示意图， 包括：

下栽模块 10， 用于 4吏客户端在传输层采用 TCP协议， 在应 用层采用 HTTP协议， Μ艮务端获: ½择码率的流媒体；

选择模块 20, 用于选择码率， ^吏得在当前的下栽速率下用于 緩存流媒体的緩冲区的緩存数据量保持在设定的范围内。

本装置在充分利用带宽的同时， 保证视频播放的连续性以及 平滑性， 提高了用户体臉。

优选地， 本装置还包括：

编码模块， 用于将视频内容编码成具有不同码率的多个视频 文件；

分段模块， 用于将每个视频文件按时间先后切分成设定长度 的多个视频片段， 并作为流媒 储在服务端；

选择 用于在客户端下栽完第 k-1 个视频片段的流媒体之 后， 根据当前的下栽速率和緩冲区的数据量确定相应的码率； 下栽模块用于使客户端 ΜίΙ务端获取具有相应码率的第 k个 视频片段的流媒体。

显然， 本领域的技术人员应该明白， 上述的本发明的各模块 或各步骤可以用通用的计算装置来实现， 它们可以集中在单个的 计算装置上， 或者分布在多个计算装置所组成的网络上， 可选 地， 它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现， 从而， 可以 将它们存储在存储装置中由计算装置来执行， 或者将它们分别制 作成各个集成电路模块， 或者将它们中的多个模块或步骤制作成 单个集成电路模块来实现。 这样， 本发明不限制于任何特定的硬 件和软件结合。

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

& 禾' J 要

1. 一种 mrp 流媒体的速率自适方法， 其特征在于， 包 括：

客户端在传输层采用 TCP 协议， 在应用层采用 Ηπρ协 议， 从服务端获取选择码率的所述流媒体， 其中， 选择的码率使 得在当前的下栽速率下用于緩存所述流媒体的緩冲区的緩存数据 量保持在设定的范围内。

2.根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 还包括： 预先将视频内容编码成具有不同码率的多个视频文件， 将每 个所述视频文件按时间先后切分成设定长度的多个视频片段， 并 作为所述流媒 储在所 艮务端。

3.根据权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 客户端通过 HTTP TCP协议 ΜίΙ务端获取选择码率的所述流媒体包括：

所 户端下栽完第 个视频片段的所述流媒体之后， 根 据当前的下栽速率和所述緩冲区的数据量确定相应的码率；

所述客户端从所^！艮务端获取具有所^目应码率的第 AT个视 频片段的所述流媒体。

4.根据权利要求 3 所述的方法， 其特征在于， 根据当前的下 栽速率和所述緩冲区的数据量确定相应的码率包括： 设置

under

r

： 使所述緩冲区不下溢所允许的最大码率； ：在时刻 时的下栽速率；

) :在时刻 时的播 *1率；

^V=i^r^-^：可选用视频码率的集合， 满足 ^^…^；

^：被选择的第 ^k个片段的视频码率；

, . \ over j

1))：不大于 ^r 的最大可用码率；

： 不大于 ^r1 的最大可用码率。

5.根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 设 _r v r

， 公式中各个变量的定义如下： ：第): ^k个片段开始下栽的时刻；

在时刻 t时的接收端緩存的数据量；

L：每个视频片段的持续时间；

bmaxl 所述緩冲区允许的上溢数据量。

6.根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 设 under

r 、

， 其中， b_min是所述緩冲区允许的下溢数据量。

7.根据权利要求 3 所述的方法， 其特征在于， 根据当前的下 栽速率和所述緩冲区的数据量确定相应的码率包括： 设置 \ Q\

\ Q\

r{k-\) 如果 ή=ρ、

其他

公式中各个变量的定义如下:

over

r

K⁾是使所述

under

^是是使使所所述述緩冲区不下溢所允许的最小码率 under <

r

L

I 1 ·

9

w是在时刻 时的下栽速率；

w是在时刻 t时的播放速率；

=^2，···，^是可选用视频码率的集合， 满 C _<tl . 是被选择的第 个片段的视频码率；

. over ( 1 \

W)是不大于 (^k)的最大可用码率；

"1》是不低于 D 的最低可用码率；

^是第 k个片段开始下栽的时刻；

)是在时刻 t时的接收端緩存的数据量；

bmax是所述緩冲区允许的上溢数据量；

bmin是所述緩冲区允许的下溢数据量； 和 是设置的参数。

8.根据权利要求 7所述的方法， 其特征在于:

κ > -—

ρ κ、

K_d> K_d<

κ、

K,

其中，

9.一种 mrp流媒体的速率自适装置， 其特征在于， 包括： 下栽模块， 用于使客户端在传输层采用 TCP协议， 在应用层 采用 Ηπρ协议， 从服务端获: ½择码率的所述流媒体；

选择模块， 用于选择所述码率， 使得在当前的下栽速率下用 于緩存所述流媒体的緩冲区的緩存数据量保持在设定的范围内。

10. 根据权利要求 9所述的装置， 其特征在于， 还包括： 编码模块， 用于将视频内容编码成具有不同码率的多个视频 文件；

分段模块， 用于将每个所述视频文件按时间先后切分成设定 长度的多个视频片段， 并作为所述流媒 储在所述服务端； 所述选择模块用于在所述客户端下栽完第 个视频片段的 所述流媒体之后， 根据当前的下栽速率和所述緩冲区的数据量确 定相应的码率；

所述下栽模块用于使所述客户端从所述服务端获取具有所述 相应码率的第 个视频片段的所述流媒体。