一种基于站点非连续发射的视频传输方法、服务器和系统与流程

1.本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种基于站点非连续发射的视频传输方法、服务器和系统。


背景技术：

2.移动通信技术正经历快速发展，第五代移动通信技术(5th generation mobile networks，5g)已来到我们身边。5g技术将全面提升网络的速率、稳定性、可靠性和低延迟性能。基于5g技术，多种创新场景可以完成赋能，尤其是视频流业务。在过去，由于技术手段的限制，更高清视频的传播受到很大的局限，但随着视频拍摄制作技术以及电信网络技术的不断发展，视频媒体的制作、传播成本不断降低，更高清视频的在线传播成为可能。
3.伴随着移动通信技术的发展，流媒体网络协议也不断更新迭代。目前移动互联网的视频传输主要采用基于http动态自适应流(dynamic adaptive streaming over http，dash)协议，通过http共同影音档案通讯协定，可使高品质影音内容通过网路传送到联网电视、机顶盒以及移动终端设备。但是由于网络条件的波动和视频内容的多样性，用户在观看视频时，经常会遇到由于各种各样原因导致的视频卡顿或者码率不高导致画面不清晰的问题。针对以上问题网络运营商和内容提供商都纷纷提出自己的解决方案，比如基站通过载波聚合(carrier aggregation，ca)来增加带宽资源以提高发送链路的吞吐量，客户端通过自适应码率(abr)码率算法去动态下载不同编码大小的视频片段来提高用户体验(qoe)。但是以上方法都有明显的缺点，首先基于客户端的自适应码率策略，缺乏对基站侧的实时信息，对高度动态的网络条件响应缓慢而被动，导致适应性差。其次基站侧的载波聚合占据了大量的带宽资源，由于缺乏对客户端视频需求的认识，导致带宽资源利用效率低下。因此联合基站和客户端信息的视频传输机制有十分重要的研究意义。
4.现有技术一如图1所示，提供了一种兼顾吞吐量和视频缓冲的码率自适应调整装置和方法，该装置的码率自适应模块输出待请求媒体分段的传输码率信息时，兼顾其他模块中的吞吐量和视频缓冲信息：先利用holt-winters法对历史吞吐量进行平滑处理，估算待请求媒体分段的吞吐量；再依据缓冲管理模块中的当前视频缓冲长度，计算缓冲权重参数，对估算吞吐量进行加权调整，得到最佳传输码率；最后码率自适应模块依据最佳传输码率从可选码率列表中选择输出待请求媒体分段的传输码率。该技术解决了现有技术的缺陷，同时在各方面保持相对优秀的播放体验。
5.现有技术一主要解决的是mpeg-dash系统中的客户端与服务器的视频点播的自适应码率问题，现有技术一能够综合考虑吞吐量和缓冲长度，但是仍然存在优化的空间。具体说明如下：
6.应用限制：该发明通过设置缓存区最小最大阈值将实际缓冲区大小转化为校正预测带宽的权重参数，但是在实际部署中不同的视频缓冲区长度和不同的视频片段大小通常需要设置不同的缓冲区阈值，这限制了该发明应用在其他场景中的性能。
7.码率决策问题：该发明主要依赖于预测带宽来进行码率决策；依赖于单一因素。因
此在实际部署中易造成随着网络带宽的波动码率决策抖动剧烈，影响用户体验的问题。
8.现有技术二如图2所示，提供了一种视频码率自适应调整方法、装置及电子设备，其中，该方法包括：获取客户端发送的播放当前视频时的当前网络信息和当前播放信息，获取服务器的当前带宽负载，并将当前带宽负载、当前网络信息以及当前播放信息，输入与当前视频对应的预先建立的码率调整模型中，得到对客户端的码率进行调整的调整码率。这样，可以依据该服务器的当前带宽负载、当前网络信息以及当前播放信息，得到对客户端的码率进行调整的调整码率。从而可以综合考虑与该服务器通信连接的多个客户端对该服务器的带宽负载的影响和该客户端的当前网络信息以及当前播放信息，来调整该客户端正在播放的视频的码率。
9.现有技术二解决的是多个客户端与服务器的视频点播的自适应码率问题，现有技术二能够综合当前网络信息和播放信息，在一定程度上克服了现有码率自适应算法的问题和缺陷，但是仍然存在优化的空间。具体说明如下：
10.应用限制：该发明应用于服务器，通过获取客户端发送的播放当前视频时的当前网络信息和当前播放信息然后依据服务器带宽负载调整客户端视频帧码率。因此在优化过程中需要客户端实时回传大量的信息给服务器决策，这在实际部署中往往是难以实现的。
11.码率决策问题：该发明首先要通过强化学习预先训练码率调整模型，模型训练需要大量的用户数据，训练收敛过程中需要大量的计算资源。
12.现有技术三如图3所示，公开了一种利用聚合网络统计来提高来自移动设备的直播视频流传输的质量和用户体验。首先客户端设备的处理设备用于获取客户端设备的当前地理位置、当前网络的网络条件如带宽、网络类型、网络标识符等。基于所接收的聚合网络统计的带宽参数，初始化上传会话的上传质量参数，用于控制上传会话的格式。并且在上传会话期间至少一次迭代地应用启发式估计模型以修改上传质量来适应客户端设备变化的地理位置或网络条件。每次运行启发式估计模型时，利用客户端设备的当前网络或地理位置的聚合网络统计来获得网络条件的新估计。
13.现有技术三利用聚合网络统计来提高来自移动设备的直播视频流传输的质量和用户体验，但在实际应用过程中，仍然存在许多问题。具体说明如下：
14.应用限制：该发明主要依靠聚合网络统计获取了带宽参数确定当前用户的可用带宽来选择最佳的视频质量进行传输，但是在实际系统中获取用户的地理位置、网络标识具有一定的限制。
15.码率决策问题：该发明未考虑客户端缓冲信息且尽可能多地占用可用带宽，因此在带宽不足时易造成视频卡顿事件的发生，在带宽充足时又会导致带宽资源的浪费。


技术实现要素：

16.本发明的目的在于提供一种基于站点非连续发射的视频传输方法、服务器和系统，能够在联合基站侧和客户端的信息提高客户端视频传输质量的同时，提高基站侧带宽利用效率。
17.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一
些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
18.根据本技术的第一方面，提供了一种基于站点非连续发射的视频传输方法，包括：
19.获取可用空口带宽；
20.获取视频缓冲区长度；
21.当视频缓冲区长度大于阈值上限时，选择最大视频码率；
22.当视频缓冲区长度小于阈值下限时，选择最小视频码率；
23.当视频缓冲区长度在阈值范围内时，选择不高于可用空口带宽的视频码率；将选择的视频码率作为下一个视频块的请求码率。
24.在一些实施例中，所述选择不高于可用空口带宽的视频码率，包括：将可用空口带宽乘以折损因子，选择不高于折损后的带宽的视频码率。
25.在一些实施例中，所述折损因子为0.8～0.9。
26.在一些实施例中，当视频缓冲区长度大于阈值上限时，选择最大视频码率之后，还包括：判断部分载波天线链路是否能够成功发送最大视频码率的视频，如果可以，则发送射频开关信息给基站以关断多余的天线。
27.根据本技术的第二方面，提供了一种边缘计算服务器，包括：
28.带宽评估模块，用于计算可用空口带宽并发送给码率自适应模块；
29.视频评估模块，用于获取视频缓冲区长度并发送给码率自适应模块；
30.码率自适应模块，用于执行如第一方面所述的方法，并将请求视频指令传送给dash存储模块；
31.dash存储模块，用于存储不同码率和分辨率的视频片段，以及响应码率自适应模块的请求视频指令。
32.在一些实施例中，所述带宽评估模块根据从基站侧物理层获取的基站信息和下行链路中使用的物理资源块数据，利用香农公式计算用户的可用空口带宽。
33.在一些实施例中，所述视频评估模块通过解析dash客户端发送的http post指令获得视频缓冲区长度。
34.在一些实施例中，所述视频评估模块还通过解析dash客户端发送的http post指令，获取视频播放器视频码率和卡顿时间，生成视频质量qoe，评估已播放视频的质量，辅助所述码率自适应模块进行码率优化。
35.在一些实施例中，所述dash存储模块还用于维护dash协议的mpd文件，所述码率自适应模块从所述mpd文件中选择码率。
36.根据本技术的第三方面，提供了一种视频传输系统，包括如上所述的边缘计算服务器，还包括基站和dash客户端，所述基站包括数据采集模块，所述数据采集模块用于从基站侧获取用户数据和各载波数据，所述dash客户端与基站以及边缘计算服务器信号连接，所述边缘计算服务器与所述基站信号连接。
37.在一些实施例中，所述基站还包括射频控制模块，所述射频控制模块用于根据射频开关信息控制载波天线的开关。
38.本发明实施例的有益效果是：联合了基站侧可用带宽信息和客户端视频缓存信息进行视频码率优化，解决了单一优化变量提高视频码率却造成视频卡顿或者视频不清晰的弊端，依据可用空口带宽和客户端视频缓存信息执行码率自适应算法，帮助提高视频传输
language,可扩展标记语言)文件，它完整表示了视频的所有信息，包括视频长度，不同视频片段的码率和分辨率、片段时长。
54.码率自适应模块32：接收带宽评估模块发送的可用空口带宽数值，结合用户侧视频播放器回传的视频质量信息如客户端视频缓冲区buffer的情况，从可选码率列表中决策待请求视频片段的传输码率，将请求视频指令传送给dash存储模块31。同时根据以上信息，判断第二载波单元天线24是否需要开断并将射频开关信息发送给基站2的射频控制模块22。
55.带宽评估模块33：接收数据采集模块21发送的基站信息如各载波的调制与编码策略(mcs)，下行链路中使用的物理资源块(dloccupyprbnum)数据，利用香农公式计算用户的可用空口带宽，将上述信息发送给码率自适应模块32。
56.视频评估模块34：通过解析客户端发送的http post指令，获取视频播放器视频码率rk、卡顿时间tk、缓存区buffer剩余播放时长bk等视频信息，生成视频质量qoe，评估已播放视频的质量，辅助码率自适应模块32进行码率优化。
57.如图5所示，本实施例提供的视频传输方法如下：
58.步骤1：首先从带宽评估模块获取两载波天线的可用空口带宽值，分别为和总的可用空口带宽为
59.步骤2：从视频评估模块获取当前视频播放器的视频缓存区长度bk，视频缓冲区长度表示已经下载但尚未播放的视频长度，用来辅助码率调整。
60.步骤3：当视频缓冲区长度大于bh时(在本实施例中，每个视频块的长度l＝4s，缓冲区最大长度为l
max
＝16s，bh＝l
max
)，则选择最大的视频码率r
max
，并且判断当前第一载波单元天线的链路是否能成功发送码率为r
max
的视频，如果可以则关断第二载波单元天线。
61.步骤4：当视频缓冲区长度小于b
l
(b
l
＝l*1.5＝6s)时，则选择最小的视频码率r
min
。此时视频播放缓存区较小，存在卡顿的风险，因此选择最小的码率防止视频卡顿事件的发生。
62.步骤5：当视频缓冲区长度在b
l
和bh之间时，此时根据评估的可用空口带宽来决策视频码率，需选取不高于可用空口带宽的视频码率。为了防止选择网络带宽无法承受的视频码率，可以将可用空口带宽ck乘以折损因子，然后从mpd文件中选择不高于折损后的网络带宽的视频码率，折损因子可以取0.8～0.9，在本实施例中取0.9。即r
k+1
≤ck*0.9。
63.步骤6：将决策的视频码率r
k+1
，作为下一个视频块的请求码率发送给dash存储模块，并将射频开关信息(除步骤3中判断第二载波单元天线的关断外，其他情况默认第二载波单元天线开启)发送给基站的射频控制模块。
64.以下通过实验测试本技术方案对视频qoe以及基站带宽资源利用率的提升，其中qoe表达式如下：
[0065][0066]
k表示下载的视频块个数，q(rk)＝ln(rk/r
min
)将视频码率rk映射到用户的视频质
量感知，tk表示下载码率为rk的视频块时的缓冲时间(卡顿时间)，|q(r
k+1
)-q(rk)|表示视频质量的变化(平滑度)，μ，τ视频卡顿和平滑度的加权系数分别取3.68和1.0。并定义有效传输视频基站的带宽资源占用率η如下：
[0067][0068]
其中δ(.)表示是否使用第二载波单元天线，如不使用则为0。
[0069]
实验设置了两种场景并将现有的基于ue端下载速率的码率调整算法rate-based作为基线算法中进行比较，其中实验场景a设置为靠近站点的高速率场景，实验场景b设置为远离站点的低速率场景；其实验性能结果显示在表1。
[0070]
表1实验性能
[0071][0072]
如表1所示，在场景a中本发明提出的技术方案的平均视频质量和平均qoe性能相比于基线算法分别提高了17％和15％，在场景b中则分别提高了19％和24％。另外在两种场景中本发明的带宽资源的利用率分别提升了24％和8％。实验结果显示本发明提出的技术方案不仅能够充分利用基站无线空口发送能力提高用户观看体验，还能够提高基站带宽资源的利用率。
[0073]
综上所述，本技术实施例的有益效果主要有以下几点：
[0074]
1、利用基站侧物理层底层信息来进行可用空口带宽的计算，相比于现有基于客户端的吞吐量估计的方案，该方法对动态的网络条件响应迅速，能够准确计算出当前用户可用的空口带宽。
[0075]
2、联合了基站侧可用带宽信息和客户端视频缓存信息进行视频码率优化，解决了单一优化变量提高视频码率却造成视频卡顿或者视频不清晰的弊端。
[0076]
3、在保证高清视频成功传输的同时，借助视频传输信息控制基站射频天线的开断去节约带宽资源，有效提高了带宽的利用率。
[0077]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0078]
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
[0079]
以上所述仅为本技术的较佳实例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。