一种基于带宽估计的自适应http流化码流切换方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法及系统，其特征在于，所述方法包含如下步骤：步骤101）估计当前用户下载速率的均值和方差；步骤102）依据估计的均值和方差，利用统计学理论计算各码流的下溢风险；步骤103）设置码流质量收益和下溢风险损益，将下溢风险、码流质量收益和下溢风险损益组合获取综合收益，并选择综合收益最高的码流进行切换。其中步骤101）利用假设检验的方法判断观测窗口内是否有下载速率跳变，若判断下载速率有跳变，在估计当前下载速率时对跳变后的下载速率观测值赋以大的权值，若没有则可对整个观测窗口内的下载速率观测值赋以相同的权值，从而使得对当前下载速率平均值和方差的估计更准确。
【专利说明】一种基于带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及在线流媒体服务和自适应HTTP (Hyper-Text Transport Protocol,超文本传输协议)流化算法，尤其涉及一种基于带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法及系统。
【背景技术】
[0002]近年来，互联网多媒体应用快速增长，与此同时视频流化方法也得到了广泛的研究与实现。广为人知的媒体流化协议RTP/RTSP(Real-time Transport Protocol/Real TimeStreaming Protocol,实时传输协议/实时流化协议)在网络层采用UDP (User DatagramProtocol,用户数据报协议)传输多媒体数据，而HTTP渐进式下载则采用HTTP协议(网络层TCP协议)传输多媒体数据。相对于RTP协议，在互联网上用HTTP协议传输视频流具有很多优势:首先，TCP有面向连接的，可靠的重传机制省去了上层错误恢复的步骤；而且，基于TCP的流媒体数据容易通过防火墙和NAT (Network Address Translation,网络地址转换)，使网络多媒体服务覆盖更广的用户。但是基于HTTP协议的流化不能很好地进行VCR(Video Cassette Recorder,盒式磁带录像机)操作，为此近来互联网巨头如微软、苹果和Adobe公司都提出自己的自适应HTTP流化方案，在服务端对视频文件分片(或者是逻辑分片)，终端分片下载，顺序播放，从而为实现VCR操作和码流切换提供了方便。接着，MPEG (Moving Pictures Experts Group,动态图像专家组)也开始了相关标准化工作，发布了公开草案-DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP,基于HTTP协议的动态自适应流化)。OIPF (Open IPTV Forum,开放IPTV论坛)也将DASH纳入自己下一版本的标准中。上述自适应码流切换算法大多采用启发式方法设计，缺少合适的理论框架；此外，在估计可用带宽时，多采用指数滑动平均，缺少对下载速率发生跳变的考虑对下载速率的均值和方差估计往往不够准确。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，为自适应HTTP流化设计合理的码流切换策略，以降低媒体缓存下溢风险，并尽可能地提高流媒体的播放质量，同时选择合适的收益损益参数以改善码流切换的性能。
[0004]本发明提供一种基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法，利用假设检验的方法判断过去的下载记录中是否发生了速率跳变，然后估计出可用带宽及其波动情况。引入下溢风险损益和码流质量增益，计算并选出综合收益最高的码流下载播放，以期降低下溢风险，并同时尽可能地提高观看质量，改善网络流媒体服务的用户体验。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤:
[0006]步骤101)估计当前用户下载速率的均值和方差；[0007]步骤102)依据估计的均值和方差，利用统计学理论计算各码流的下溢风险；
[0008]步骤103)设置码流质量收益和下溢风险损益，将下溢风险概率、码流质量收益和下溢风险损益组合获取综合收益，并选择综合收益最高的码流进行切换。
[0009]上述技术方案中，所述步骤103)还设置切换损益，并综合下溢风险、码流质量收益、下溢风险损益和切换损益获取综合收益，并选择综合收益最高的码流进行切换；其中，所述切换损益是指在对切换码流的操作赋以一定损益。
[0010]上述技术方案中，所述步骤101)进一步包含:
[0011]步骤101-1)在服务器端将视频各码流的副本切分成等时长的视频片段，用户端选中W个最近下载的分片的记录信息，定义为观测窗口，其中W为观测窗口大小；
[0012]步骤101-2)利用假设检验的方法判断观测窗口内下载速率是否发生了跳变，如果发生了速率跳变转入下个步骤，如果没有发生速率跳变则转入步骤101-4)；
[0013]步骤101-3)采用下式计算在观测窗口内下载速率发生跳变时用户下载速度的均值为:
【权利要求】
1.一种基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤: 步骤101)估计当前用户下载速率的均值和方差； 步骤102)依据估计的均值和方差，利用统计学理论计算各码流的下溢风险； 步骤103)设置码流质量收益和下溢风险损益，将下溢风险概率、码流质量收益和下溢风险损益组合获取综合收益，并选择综合收益最高的码流进行切换。
2.根据权利要求1所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法，其特征在于，所述步骤103)还设置切换损益，并综合下溢风险、码流质量收益、下溢风险损益和切换损益获取综合收益，并选择综合收益最高的码流进行切换； 其中，所述切换损益是指在对切换码流的操作赋以一定损益。
3.根据权利要求1或2所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含: 步骤101-1)在服务器端将视频各码流的副本切分成等时长的视频片段，用户端选中W个最近下载的分片的记录信息，定义为观测窗口，其中W为观测窗口大小； 步骤101-2)利用假设检验的方法判断观测窗口内下载速率是否发生了跳变，如果发生了速率跳变转入下个步骤，如果没有发生速率跳变则转入步骤101-4)； 步骤101-3)采用下式计算在观测窗口内下载速率发生跳变时的用户下载速度的均值为:
4.根据权利要求3所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法，其特征在于，所述步骤102)具体步骤为:假设各码流按码率从低到高的顺序记为视频流1，…，视频流s，令Rm表示任意码流m的平均码率，显然&〈...〈&，假定当前网络下载速率r是以:F为均值，以Var为方差的正态随机变量；定义下溢风险为:
5.根据权利要求4所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换方法，其特征在于，所述综合收益的计算公式为: 假设从码流m切换到码流η的综合收益公式如下:
Gain [n]m=Qn-Risku[n]氺 Costu-Costs 其中，Qn是码流η的质量收益，Costu是设置的下溢风险损益，Costs是设置的从码流m切换到码流η的切换损益。
6.一种基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换系统，该系统为采用终端“拉”服务模式的HTTP自适应流化算法提供一种码流切换的策略，其特征在于，所述系统包含: 当前网络状态估计模块，用于估计当前用户下载速率的均值和方差； 下溢风险获取模块，用于依据估计的均值和方差评估各码流的下溢风险；和码流切换决策模块，用于设置码流质量收益和下溢风险损益，将下溢风险、码流质量收益和下溢风险损益组合获取综合收益，并选择综合收益最高的码流进行切换。
7.根据权利要求6所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换系统，其特征在于，所述码流切换决策模块还设置切换损益，并综合考虑码流质量收益、下溢风险损益和切换损益获取综合收益，依据综合收益进行码流切换的决策过程。
8.根据权利要求6所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换系统，其特征在于，所述当前网络状态估计模块进一步包含如下子模块: 确定网络状态统计量子模块，用于客户端分析最近的分片下载时间，其中所述分片为:服务器端对视频各码流副本依据时间划分的若干分片； 速率跳变判决子模块，用于利用假设检验的方法判断观测窗口内下载速率是否发生了跳变； 第一处理子模块，用于在观测窗口内下载速率发生了跳变的情况下估算当前下载速率的均值和方差，其中均值的计算公式为:
9.根据权利要求8所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换系统，其特征在于，所述下溢风险获取模块进一步包含如下子模块: 记Rm表示码流m的平均码率，下载速率r是以:F为均值，以Var为方差的正态随机变量；定义下溢风险为:
10.根据权利要求8所述的基于实时带宽估计的自适应HTTP流化码流切换系统，其特征在于，所述码流切换决策模块进一步包含如下子模块: 设置子模块，用于设置码流质量收益、下溢风险损益和/或切换损益； 第三处理子模块，用于依据下溢风险和设置模块设置的参量，计算各码流相互切换时的综合收益值； 比较模块，比较各码流的综合收益值，并选中综合收益值最高的码流；和 决策模块，用于接收比较模块选中的码流，并将其作为当前码流切换的对象执行码流切换。
【文档编号】H04L12/813GK103428105SQ201210148731
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年5月14日 优先权日:2012年5月14日
【发明者】王劲林, 张辉帅, 邓峰, 孙鹏 申请人:中国科学院声学研究所, 北京中科智网科技有限公司