[发明专利]基于状态机的动态自适应视频传输的码率切换方法

说明书

本发明属于多媒体通信领域，具体为基于状态机的动态自适应视频传输的码率切换方法，包括：服务端将存储的视频进行切片，每个视频片段均具有K个码率等级；客户端根据最新下载的N个视频片段，计算所述N个视频片段的平均码率、均方差以及平均带宽；得到码率偏移率以及第k个视频片段下载完成时客户端的播放缓存；根据所述播放缓存的不同范围和码率偏移率的不同范围，按照码率状态切换公式进行码率切换；本发明将视频码率与影响因素的数值变化之间的联系作为状态转移条件，在保证播放缓存和码率偏移率处于一定阈值的条件下将码率切换至视频质量和播放流畅性整体性能相对最佳的码率等级上，从而达到较好的用户观看体验。

技术领域

本发明属于多媒体通信领域，具体涉及一种基于状态机的动态自适应视频传输的码率切换方法。

背景技术

传统流媒体技术，如实时传输协议(Real-time Transport Protocol，RTP)和实时流传输协议(Real Time Streaming Protocol，RTSP)存在防火墙、网络地址转换(NetworkAddress Translation,NAT)穿越、安装部署成本较高等问题。基于超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP)的动态自适应流媒体技术(Dynamic Adaptive Streamingover HTTP,DASH)应运而生。采用HTTP协议作为传输协议是因为HTTP数据包能够很好地解决防火墙、网络地址转换穿越问题，同时能够有效利用现有的网络服务体系架构，现有的HTTP服务器就能提供良好的视频服务，大大减少了部署成本。MPEG-DASH作为统一的国际化标准，解决了现有HTTP动态自适应技术间的兼容性问题基本，其原理是将原始视频内容编码成多份不同码率的媒体流，根据时间轴信息把各媒体流等距划分成多个数据段存放在服务端，并使用媒体呈现描述(Media Presentation Description，MPD)文件统一描述所有媒体流及其数据段信息，从而客户端在播放时能够根据自己的网络环境，自行选择适当码率的媒体数据段进行下载播放。

MPEG-DASH标准的各项技术一直在向前发展，出现了各种应用与扩展，而码率自适应切换算法，作为动态自适应流媒体传输的核心技术，却始终没有一个标准出现，因此基于MPEG-DASH的码率自适应算法成为流媒体传输领域的研究热点。由于网络情况的动态性，在整个请求视频的会话过程中很难一直保持满意的用户体验，如果没有一个高效的码率自适应切换算法，用户在观看过程中可能会遇到码率切换频繁，缓冲，码率阶跃等情况。例如，当视频码率高于网络带宽时有可能导致网络拥塞，从而消耗播放缓存，引起缓冲；如果视频码率低于带宽时，那么视频质量就无法达到带宽所允许的最佳质量，导致较差的观看体验。现有的码率自适应方法主要从传输带宽，播放缓存和体验质量(Quality of Experience，QoE)这三个角度进行考虑。基于带宽的方法主要根据网络的可用带宽，并对可用带宽的估计值进行一定的平滑处理，使视频片段码率根据带宽估计值进行自适应切换，然而该类算法对估计带宽进行平滑处理之后带宽利用率较低；基于播放缓存的码率自适应控制算法主要思想是通过请求不同码率的视频片段将客户端的播放缓存控制在一定的范围内，从而保证视频的连续播放，该类方法虽然能够保证视频的连续播放，但是存在着码率切换频繁等问题；CN103945245A中公开了通过对缓存区间状态的动态监测，当视频缓存不在设定好的缓存区间内时，码率发生切换；但该方法的带宽利用率不高，缓存区间的选择不能综合考虑切换次数和视频平均码率；基于QoE的码率自适应控制算法主要思想是通过对QoE进行理论上的分析与定义，利用一定的控制方法对请求的视频码率进行控制，从而力求达到最佳QoE，该类方法在考虑到视频质量、码率切换频率等QoE影响因素的时候没有充分考虑到带宽利用率和码率切换幅度这两个因素；并且该类方法的所采用的算法时间复杂度较高。

发明内容