[发明专利]一种对等直播系统中多码率调度方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机应用领域，具体涉及一种对等直播系统中多码率调度方法MrSM(Muliti-rate Schedule Mechanism)，该方法特别适合于网络带宽和客户端计算能力差异性比较大的网络环境。

背景技术

随着对等计算技术的不断成熟发展和广泛运用，对等网络流媒体直播系统也有很大的进步。对等网络流媒体直播系统解决了传统直播系统对服务器端网络的带宽、服务器性能要求过高的问题，一改传统的分布式多媒体系统主要使用的客户端-服务器这种集中模式。然而在对等网络流媒体技术流行的今天，如何让系统适应不同的网络环境，如何能够保证网络拓扑变化下的播放流畅性，这些还没有很好的解决方案。

但是传统的对等网络流媒体直播都采用单一码率的设计，也就是说每个节目都有固定码率的流，流的码率过大，就不能让带宽较小的用户使用。流的码率小的话，提供的流媒体质量也不能让所有用户满意。虽然现在的计算机网络大多都是基于IP协议，硬件的不同往往被系统软件所屏蔽，提供给应用软件开发者的是简单统一的网络视图和开发环境。但是对于直播系统这样的依赖带宽的系统来说，同样的应用在不同的网络环境下，表现的往往不一样。C/S模式下的直播系统依赖的就是客户端和服务器端两点间的传输速度，如果速度达不到流媒体数据的要求，那么播放是无法进行下去的。

由于在对等网络流媒体直播系统中，任意的节点都可能非常依赖拓扑结构中的某些节点给它提供数据，当给它提供数据的节点离开网络的时候，可能使节点能够获得的数据量变少。如果数据量少到一定程度，播放器无法获得足够的数据，就会导致直播无法正常进行下去。在采用单一码率的情况下，仅仅依赖调整调度算法，是无法解决问题的。

由于Internet上视频应用的快速发展，视频编码的目标也从对某一固定码率优化视频质量变化为如何在一定码率范围下优化视频的质量。为达到这个目标常用的方法有以下几种：

一种是以所有信道的最低速率对视频进行编码，这样可以保证所有接收方可以接收最低质量的视频。

另一种方法是以高质量对视频进行编码，再利用服务器为不同的用户对已编码的码率进行码率变换。这种方法的缺点在于服务器在传输时进行码率变换较复杂(包含解码，编码)，而且码率变换也会使视频质量的下降。

还有一种方法就是在编码时，产生多个不同速率的码率。对于网络上的组播，服务器传输多个码率，总的输出速率就等于多个码率的速率之和。接收方选择其中的一种码率进行解码。当网络带宽发生变化时，用户可以转到其它码率。对于单播，码率向用户传输是根据用户与服务器的信道连接来实现的，当信道速率发生变化时，一个反馈信号将传给服务器以转换到另一个码率。这种联播的方法通常需要确定产生多少数量的码率，如果产生的码率太少了，则不能以较精细的粒度覆盖速率范围，这使得许多用户不能从所连接的信道获取所能获取的最好质量的视频，从而造成信道利用不足。如果码率的数量太多，则在组播中传输的码率过大。

最近几年，一种全新的称为精细粒度可扩展编码(FGS)的技术受到了广泛的关注，FGS压缩把视频压缩成两个位流：基本层位流和增强层位流，与SNR扩展性的编码不同，FGS采用bit-plane编码。它可以实现连续的增强层速率控制。MPEG-4通过VOL数据结构来实现分级编码。FGS由于使用了位平面编码技术，与非扩展性编码相比有如下新的特点：第一，增强层使用位平面编码技术对DCT残差进行编码来覆盖网络带宽的变化范围，第二，每一帧的增强层码率可以在任何地点截断，第三，解码器重建的视频质量和收到的比特数成正比。而基本层使用基于分块运动补偿和DCT变换的编码方式达到网络传输的最低要求。

日本NTT CyberSpace研究所开发了面向内容发送和视讯会议的MPEG-4软件编解码器。能以4Mb/s数据速度对30帧/秒的VGA影像进行编码。如果使用工作频率为3GHz左右的PC服务器，即便应用于视讯会议系统，也能不掉帧地对影像进行编码。