专利名称：一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法。
背景技术：
随着移动通信技术、压缩技术、视频编解码技术的不断发展，移动视频业务得到了飞速的发展和应用。移动视频流的实时传输对网络带宽的要求很高，且由于视频数据量较 大的特点，需要在发送端先进行适当的压缩编码，在接收端再利用相关信息恢复视频数据，在整个压缩、处理、传输、恢复的过程中会产生不同程度的失真。为了提高视频的传输质量，现有技术通常在视频服务器端进行自适应码率控制，根据网络的可用资源实时调整发送码率，例如当用户的可用带宽过低时，就选择低码率的视频进行传输，从而避免丢包的产生；当用户的可用带宽升高时，就选择高码率的视频进行传输，从而提高视频的清晰度以及带宽利用率。视频源服务器通过实时传输协议(Real-time Transport Protocol, RTP)来传输视频数据包的同时，每隔一段时间会发送实时传输控制协议(Real-time TransportControl Protocol, RTCP)的发送方报告(Sender Report, SR),用来统计数据包的发送情况，而移动终端也会定期发送接收方报告(Receiver Report, RR),用来提供关于当前网络状况和数据接收质量的反馈，包括网络的丢包率、延时抖动、最大接收包序号和最大发送包序号等信息。视频服务器正是基于这种反馈机制，统计出最能反映网络质量的参数，从而实时调整视频的编码速率。然而现有的码率控制技术通常只考虑网络底层的客观参数对视频质量的影响，而忽视了移动用户在观看视频时的主观感受。衡量用户主观感受的指标为QoE (Quality of Experience,体验质量)，由国际电信联盟标准化组织定义为“由终端用户所感知的一种应用或业务的总体可接受程度”，它不仅包含网络的传输质量，也考虑了终端的性能以及用户的期望。在码率调整技术中，目前的研究热点集中在如何结合用户的QoE值进行更为有效的码率控制，从而最大化用户的体验质量。用户的体验质量受到不同层面的参数的影响，比如网络层的传输参数、应用层的编解码参数、移动终端的性能以及视频本身的内容特征等，用户体验的评估方法就是根据这些客观参数建立QoE预测模型，从而实时监测用户观看视频时的QoE。现有QoE评估技术通常在移动终端侧进行用户体验的预测，然后将预测结果反馈给网络。然而这种方法不仅增加了网络的负担，而且对终端的处理性能要求较高，同时让每个智能手机定制QoE预测模块是有难度的。综上，如何有效预测用户的QoE值并根据预测结果进行视频码率的调整，目前尚未出现很好的解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有解决方案的不足，提供一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法。本发明所述的方法通过QoE预测模型周期性地计算用户体验值，当用户的体验质量下降到可接受阈值以下时，及时调整视频的编码速率从而改善用户的QoE，其中所述QoE预测模型位于视频服务器端。为实现上述目的，本发明中视频服务器端包含以下功能单元
丢包率统计单元，用于接收移动终端发送的RTCP接收方报告，计算每个码率调整周期内网络的端到端丢包率，输出到QoE预测单元，同时根据计算出的丢包率以及预设的丢包率阈值判断网络的拥塞状态，输出到码率调整单元；
QoE预测单元用于根据输入的跨层参数实时监测用户的体验质量，并将计算的MOS值(Mean Opinion Score,平均意见分)输出到码率调整单元；
码率调整单元用于根据输入的MOS值和网络拥塞指示做出相应的码率调整策略，并将下一周期的码率等级输出到编码器单元；
编码器单元用于根据输入的码率等级对源视频进行编码，输出相应码率的视频流数据。本发明的具体步骤为
步骤I :在发送端将视频编码速率从小到大分为四个等级，分别是低等、中等、高等和优秀，用一个集合7e^e7={0，I, 2，3}表示,其中Ievel=Q表示码率等级为低等，Ievel=I表示码率等级为中等，level二I表示码率等级为高等，levels表示码率等级为优秀。步骤2 :当移动终端用户请求视频业务时，将视频的初始码率等级设为中等，以获得比较快的接入速率。步骤3 =QoE预测模型周期性地计算用户的体验质量，用MOSn表示终端用户在第n个周期内的整体感受。步骤3中所述QoE预测模型位于视频服务器侧，输入为端到端的跨层参数，包括网络层参数(丢包率)、应用层参数(视频码率、帧率、分辨率)、视频内容特征参数(时间域特征、空间域特征)以及用户终端参数(屏幕尺寸)，其中所述网络层参数(丢包率)由移动终端用户发送的RTCP接收方报告统计，所述应用层参数(视频码率、帧率、分辨率)由视频编码器处获取，所述视频内容特征参数(时间域特征、空间域特征)通过计算源视频的亮度变化信息和边缘块信息来获取，所述用户终端参数(屏幕尺寸)通过移动终端的IMEI串号查询获得。步骤3中所述QoE预测模型通过训练若干个梯度提升决策树建立，其中#个训练样本的集合表示为,向量Xi包括左个输入的跨层参数,表示为Xi =
表示主观实验得出的MOS值，值域为I≤jo.≤5，具体训练过程如下
a)定义初始化弱分类器为常数/ ，满足
权利要求
1.一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法，其特征在于该方法包括以下步骤 步骤I:在发送端将视频编码速率从小到大分为四个等级，分别是低等、中等、高等和优秀，用一个集合7e^e7={0，I, 2，3}表示,其中Ievel=Q表示码率等级为低等，Ievel=I表不码率等级为中等，Ievel=cI表不码率等级为闻等，level- )表不码率等级为优秀； 步骤2 :当移动终端用户请求视频业务时，将视频的初始码率等级设为中等； 步骤3 =QoE预测模型周期性地计算用户的体验质量，用#( 表示终端用户在第/7个周期内的整体感受； 步骤4 :对所预测的#<95；值和预设的QoE阈值进行比较，其中预设的QoE阈值用JZttJth表示，若#<95； SMWth，码率不做调整，否则根据两个周期内接收端反馈的网络拥塞指示和视频编码速率做出相应的码率调整策略，输出下一周期的码率等级； 步骤5 :重复上述步骤3 步骤4，直至请求结束。
2.根据权利要求I所述的一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法，其特征在于步骤3中所述QoE预测模型位于视频服务器侧，输入为端到端的跨层参数，包括网络层参数、应用层参数、视频内容特征参数以及用户终端参数，其中所述网络层参数由移动终端用户发送的RTCP接收方报告统计，所述应用层参数由视频编码器处获取，所述视频内容特征参数通过计算源视频的亮度变化信息和边缘块信息来获取，所述用户终端参数通过移动终端的MEI串号查询获得。
3.根据权利要求I所述的一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法，其特征在于步骤3中所述QoE预测模型通过训练若干个梯度提升决策树建立，其中#个训练样本的集合表示为,向量Xi包括々个输入的跨层参数，表示为Xy = {xl5---,XjfcJ 表示主观实验得出的MOS值，值域为I彡A彡5，具体训练过程如下 a)定义初始化弱分类器为常数P，满足 F0(i;.) = ITgmiE^LCyisP),其中表示初始化的弱分类器，常数/M吏得 I=I预测损失函数达到最小值，[0^A)表示初始化弱分类器的预测损失函数，表达式为工 Cu) =(兄-P)2 ； b)在每次迭代中都构造一个基于回归树的弱分类器，并设第〃次迭代后得到的预测函数为1('》，相应的预测损失函数为为使预测损失函数减小得最快，第 个弱分类器建立在前《-1次迭代的预测损失函数的梯度下降方向 -gM) = -其中—表示第 次迭代的弱分类器的建立方向，[(FpF(Xj)表示前ffi-1次迭代的预测损失函数，表达式为
4.根据权利要求I所述的一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法，其特征在于步骤4中所述网络拥塞指示用表示，通过端到端的丢包率来衡量，用/ 表示，当PLR ( PLRth时，表明网络未发生拥塞，此时CI=Q ；当PLRWLRth时，表明网络发生拥塞，此时01，其中PLRth表示丢包率的预设阈值。
5.根据权利要求I所述的一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法，其特征在于步骤4中所述码率调整策略，具体是在第/7+1个码率调整周期开始时刻，通过滑动窗机制观察第/7-1个周期和第《个周期内的网络拥塞指示C7M和C7 ，共分四种情况，其中第/7-1个周期、第/ 个周期和第/7+1个周期内的码率等级分别表示为Ievellrl' 76^6^7^和仏防4+1，且其值域属于{0，I, 2，3} 如果Ct1=O且a=o，说明网络状况良好，此时取前两个周期内码率的较小值并向上调整一个等级，即调整后的码率等级为
全文摘要
本发明涉及一种基于体验质量预测的移动视频码率调整方法。本发明是在发送端将视频编码速率分为四个等级，当移动终端用户请求视频业务时，视频的初始码率等级设为中等，此后QoE预测模型周期性地计算用户体验值，将所预测的QoE值和预设的QoE阈值进行比较，若用户的体验质量低于阈值，则根据两个周期内接收端反馈的网络拥塞指示和视频编码速率做出相应调整，输出下一周期的码率等级直至请求结束，其中所述QoE预测模型位于视频服务器侧，通过训练若干个梯度提升决策树建立。本发明解决了目前码率调整方法中没有考虑用户对视频质量主观感受的问题，能够在充分利用网络资源的同时避免或减弱网络拥塞的产生，进而有效提升用户的体验质量。
文档编号H04N21/647GK102802089SQ20121033842
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者于新, 陈惠芳, 谢磊, 赵问道 申请人:浙江大学