[发明专利]一种基于缓冲区下溢概率估计的流媒体自适应传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频数据传输技术，尤其涉及一种基于缓冲区下溢概率估计的流媒体自适应传输方法。

背景技术

流媒体技术作为处理在线视频播放的有效手段，增强了用户的交互性，被广泛应用于IPTV、在线播放、视频直播、视频会议、远程教育、远程医疗、新闻出版、电子商务等网络信息服务的方方面面。近年来，无线接入技术的不断革新，如WIMAX、LTE(长期演进，即3.9G无线通信标准)、4G等新技术的应用，带来通信带宽的增长，也促进了移动视频服务的发展。但是，不同于有线网络的相对稳定，无线网络容易受到用户移动、信号衰减、噪声干扰、随机丢包等因素的影响，带宽具有随机性和时变性的特点。从而，无法保证视频播放的流畅性，影响用户的体验质量。为克服该问题，可伸缩视频编码技术和视频码率自适应技术得到广泛应用。

可伸缩视频编码(Scalable Video Coding，SVC)是一种能对视频流从空间、时间、质量上进行分层编码的技术。可伸缩编码技术已经被H.264/AVC视频编解码标准的扩展版本所纳入，被称为H.264-SVC标准。它规定了设备如何对多层视频码流进行编码和解码。经过可伸缩编码后的视频流包含一个基本层和多个增强层。基本层数据量较小，带宽要求低，并且可以独立解码，能够提供勉强可接受的观看质量。随着增强层数量的增加，带宽要求逐渐提高，视频质量逐级提升。可伸缩编码技术可以从分辨率、帧速率、图像质量三个维度实现视频质量的分层。相比于传统的固定码率的视频编码方式，可伸缩视频编码技术提供了一种更加灵活的编码方案，增强了流媒体的自适应能力。

码率自适应技术是指在流媒体传输过程中，发送端能够根据信道的状态自适应调节视频码率。当信道受限或信道条件不好时，传输带宽不足，为了避免播放的中断，降低传输视频的层数。反之，随着信道条件的变好，带宽提升，增加传输视频的层数，从而获得更高的视频质量。问题的关键是要指导新到的变化。然而，实际应用中，信道的未来变化特性是未知的。现有的码率自适应算法大致可以分为两种：启发式算法和基于模型的信道预测算法。前者考虑根据历史状态(如接收缓存、吞吐量、端到端延时、丢包率等)的变化预测信道的变化，从而指导视频码率的动态调整。该方法对信道的变化不敏感，容易造成播放画面的中断和抖动。后者假设信道变化符合特定模型(如瑞利信道模型)，通过模型和历史变化预测信道未来的变化。由于信道的随机性，该方法的假设模型对于实际信道来说并不适用。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种基于缓冲区下溢概率估计的流媒体自适应传输方法，其针对现有流媒体自适应技术中存在的问题，如流媒体播放过程中，信道随机变化引起的视频播放中断、画面抖动、视频质量差等，提出基于缓冲区下溢概率的码率自适应方法，以提高流媒体的自适应能力，增强用户体验质量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于缓冲区下溢概率的码率自适应方法，本发明采用的步骤具体如下：

步骤一、记录当前网络状态的变化：播放端记录当前缓冲区队列的长度及其变化量，并将结果作为输入；

步骤二、缓冲区下溢概率计算：利用大偏差原理，计算未来的缓冲区下溢概率；

步骤三、概率反馈：接收端将下溢概率反馈给流媒体发送端；

步骤四、码率自适应：发送端根据当前的下溢概率，调节视频码率；

步骤五、当下溢概率低于设定最小值，升高视频码率；反之，当下溢概率高于设定的最大值，降低视频码率。

前面所述的大偏差原理即：作为概率论的极限理论中的一个重要分支，大偏差(large deviations)原理用以处理与中心极限定理不同的另一类极限问题，是大数定理的精密化。当随机序列与其极限的偏离域的概率测度以某种速率趋近于零时，大偏差原理给出了小概率事件的指数型概率估计。在本交底书中，播放下溢是小概率事件，通过大偏差原理可以预测播放中断的概率。

本发明实际是应用于无线环境中的可伸缩编码视频的传输系统。

由于系统采用可伸缩编码技术，视频码率每次调整一层。

所述步骤一中，首先将视频的播放过程根据帧播放间隔划分成相等的时隙，以帧率是30帧/秒的视频为例，帧间隔是1/30秒。记录当前时刻t，到达的视频帧数A_t，当前队列长度为Q_t。显然，当播放缓存不为空时，每个时隙解码播放一个视频帧。队列的变化量为I_t＝A_t-1。