一种视频码率自适应方法技术

本发明专利技术提供一种视频码率自适应方法，包括：S1，根据目标视频当前视频块前一视频块的下载速率和当前缓存值，获取当前视频块及其后连续N个视频块下载后的缓存预测值；其中，N为预测步长，缓存预测值由码率预测波动值表示；S2，根据缓存预测值，获取当前视频块的最优码率，即N个视频块的码率预测波动值与缓存预测值的波动值之和最小时，当前视频块的码率；S3，下载码率为最优码率的当前视频块；S4，重复步骤S1至S3，直至遍历目标视频。本发明专利技术提供的方法，通过预测状态多步变化，并且最小化缓存波动与码率波动之和，平衡响应及时性和码率平滑性，保证播放卡顿为零和视频质量不受损的同时，减少视频码率的切换，提高了用户体验质量。

A video rate adaptive method

The present invention provides a video rate adaptive method, including: S1, according to the current video block before the target video video block download rate and the current cache value, get the current video block and continuous N video block download cache predictive value; the N for the prediction step, cache prediction fluctuation value by S2, according to the cache rate; predictive value, get the current video block that is the optimal rate, bit rate N video block prediction and predictive value of the fluctuations in the value of the cache and the fluctuation value of hours, the current video block rate; S3 download rate is the optimal rate of the current video block; S4, repeat steps S1 to S3, until the traversal of target video. The method provided by the invention, by predicting the state of multi step change, and minimize cache fluctuation and rate fluctuation and balance, timeliness and smoothness of the response rate, which is zero and the quality of the video playback Caton is not damaged at the same time, reduce the switching video rate, improve the user experience quality.

【技术实现步骤摘要】
一种视频码率自适应方法
本专利技术涉及流媒体传输
，尤其涉及一种视频码率自适应方法。
技术介绍
为了能够在动态变化的网络状况下提供好的用户体验质量(QoE)，目前很多商业播放器都采用基于HTTP的动态自适应视频流(DASH)技术来传输视频，基于HTTP的动态自适应视频流系统结构如图1所示。在DASH中，视频被切成等时长的块，并且每一块用不同的码率编码(越高的码率代表越好的视频质量)，播放器应用码率自适应算法，以块为单位切换视频码率来适应当前的网络状况。码率自适应的宗旨是为用户提供更优的QoE，所述QoE包括三个部分：高视频码率、少播放卡顿和少码率切换。如果视频码率小于吞吐量，那么说明可用带宽没有被充分利用，用户所观看到的视频质量受到了损害。如果视频码率高于吞吐量，则会出现播放卡顿的情况。如果码率切换太频繁，又将引起视频画面质量的抖动，导致不好的用户体验。然而，选择一个合适的码率是非常困难的。一方面，为了能够充分利用带宽并防止播放卡顿，播放器要及时的切换码率以适应网络状况的变化。另一方面，为了防止视频画面质量的抖动，播放器又要尽量减少码率切换的次数。因此码率自适应算法需要平衡响应及时性和码率稳定性之间的矛盾。目前的在线码率自适应算法主要依据系统的瞬时状态来进行码率决策，根据参考信号的不同，大致可分为以下两类。一类是基于吞吐量的方法。播放器首先预测未来的吞吐量，然后选择不超过吞吐量的最大码率。另一类的是基于播放缓存的。由于播放器一边把视频下载到缓存中，一边把缓存中的视频播放给用户，因此缓存大小体现了所选择的码率和吞吐量之间的关系。所以基于缓存的方法通过把缓存大小控制在某一稳定的值来调节码率。虽然采用了不同的系统变量，从本质上来说，这两种方法都是令每一视频块的码率实时地匹配当前的吞吐量，既能够充分的利用带宽，又能够保证不出现播放卡顿。然而，面对动态变化的网络环境中变化剧烈的吞吐量和缓存大小，包括上述两种算法在内的现有技术根据系统瞬时的状态来进行码率选择，虽然能够及时的适应网络状况的变化，但是会使得视频码率随吞吐量的变化来回切换，导致视频画面质量抖动，QoE受损严重。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中为适应网络状况的变化引发的视频码率频繁切换的问题，提供了一种视频码率自适应方法。一方面，本专利技术提出一种视频码率自适应方法，包括：S1，根据目标视频当前视频块前一视频块的下载速率和当前缓存值，获取当前视频块及其后连续N个视频块下载后的缓存预测值；其中，N为预测步长，所述缓存预测值由码率预测波动值表示；S2，根据所述缓存预测值，获取当前视频块的最优码率；所述最优码率为所述N个视频块的码率预测波动值与缓存预测值的波动值之和最小时，当前视频块的码率；S3，下载码率为所述最优码率的当前视频块；S4，重复步骤S1至S3，直至遍历所述目标视频。优选地，还包括步骤S0：计算目标视频当前视频块前一视频块的下载速率v(k-1)：v(k-1)＝第k-1个视频块大小/第k-1个视频块下载时间根据所述前一视频块的下载速率v(k-1)，获取所述前一视频块的吞吐量其中，P(k-1)＝(1-Kg(k-1))(W+P(k-2))式中，k为所述目标视频当前视频块的编号，为吞吐量，Kg为增益系数，v为下载速率，P为系统误差，W和Q为噪声方差。优选地，所述步骤S1进一步包括：根据前一视频块的下载速率和吞吐量，获取当前视频块及其后连续N个视频块的吞吐量预测值；根据所述N个视频块的吞吐量预测值和当前缓存值，由下式获取所述N个视频块下载后的缓存预测值：式中，k为所述目标视频当前视频块的编号，为第k+j-1个视频块下载后的缓存预测值，b(k)为第k-1个视频块下载后的缓存大小，为吞吐量，Δr(k+j-1)为第k+j-1个视频块相比第k+j-2个视频块的码率预测波动值，Δr(k)为所述当前视频块码率相比所述前一视频块的码率预测波动值，L为视频块包含的视频时间。优选地，所述步骤S1中根据前一视频块的下载速率和吞吐量，获取当前视频块及其后连续N个视频块的吞吐量预测值进一步包括：将前一视频块的下载速率作为当前视频块及其后连续N个视频块的下载速率预测值，并根据如下公式迭代获取所述N个视频块的吞吐量预测值：其中，P(k+j-1)＝(1-Kg(k+j-1))(W+P(k+j-2))式中，k为所述目标视频当前视频块的编号，为吞吐量，Kg为增益系数，v为下载速率，P为系统误差，W和Q为噪声方差，v(k-1)为所述前一视频块的下载速率，j∈[1,N]。优选地，所述步骤S2进一步包括：根据最小化代价函数获取最优码率：式中，k为所述目标视频当前视频块的编号，为第k+i个视频块下载后的缓存预测值，Br为目标缓存，λ是码率切换的惩罚系数。r(k+i)为第k+i个视频块的码率。另一方面，本专利技术提出一种视频码率自适应装置，包括：多步预测模块，根据目标视频当前视频块前一视频块的下载速率和当前缓存值，获取当前视频块及其后连续N个视频块下载后的缓存预测值；其中，N为预测步长，所述缓存预测值由码率预测波动值表示；码率获取模块，根据所述缓存预测值，获取当前视频块的最优码率；所述最优码率为所述N个视频块的码率预测波动值与缓存预测值的波动值之和最小时，当前视频块的码率；下载模块，用于下载码率为所述最优码率的当前视频块；判断模块，用于判断所有视频块的下载是否完成；所述码率获取模块和判断模块分别与所述多步预测模块和下载模块电连接。再一方面，本专利技术提出一种视频码率自适应设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如前所述的方法。又一方面，本专利技术提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如前所述的方法。本专利技术提供的一种视频码率自适应方法，通过向前预测系统状态多步的变化，并且最小化缓存大小波动和码率波动之和，更好地平衡了响应及时性和码率平滑性，在保证播放卡顿为零和视频质量不受损的情况下，大大减少视频码率的切换，提高了用户体验质量。附图说明图1为基于HTTP的动态自适应视频流系统的结构示意图；图2为本专利技术具体实施例的一种视频码率自适应方法的流程示意图；图3为本专利技术具体实施例的一种视频码率自适应方法与传统方法在基本思想与所选择码率上的比较图；图4为基于吞吐量瞬时状态下所实现的吞吐量大小和码率大小的演化比较图；图5为基于缓存大小瞬时状态下所实现的吞吐量大小和码率大小的演化比较图；图6为本专利技术具体实施例的一种视频码率自适应方法所实现的吞吐量大小和码率大小的演化比较图；图7为本专利技术具体实施例的一种视频码率自适应装置的结构示意图；图8为本专利技术具体实施例的一种视频码率自适应设备的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。为解决现有技术中为适应网络状况的变化引发的视频码率频繁切换的问题，本专利技术提供了一种基于多步预测的码率自适应算法。由于吞吐量既存在稳定变化，又存在瞬时抖动，为了获得一个更平滑的码率，码率自适应应该只适应其稳定的变化，而忽略其短暂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视频码率自适应方法，其特征在于，包括：S1，根据目标视频当前视频块前一视频块的下载速率和当前缓存值，获取当前视频块及其后连续N个视频块下载后的缓存预测值；其中，N为预测步长，所述缓存预测值由码率预测波动值表示；S2，根据所述缓存预测值，获取当前视频块的最优码率；所述最优码率为所述N个视频块的码率预测波动值与缓存预测值的波动值之和最小时，当前视频块的码率；S3，下载码率为所述最优码率的当前视频块；S4，重复步骤S1至S3，直至遍历所述目标视频。

【技术特征摘要】
1.一种视频码率自适应方法，其特征在于，包括：S1，根据目标视频当前视频块前一视频块的下载速率和当前缓存值，获取当前视频块及其后连续N个视频块下载后的缓存预测值；其中，N为预测步长，所述缓存预测值由码率预测波动值表示；S2，根据所述缓存预测值，获取当前视频块的最优码率；所述最优码率为所述N个视频块的码率预测波动值与缓存预测值的波动值之和最小时，当前视频块的码率；S3，下载码率为所述最优码率的当前视频块；S4，重复步骤S1至S3，直至遍历所述目标视频。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤S0：计算目标视频当前视频块前一视频块的下载速率v(k-1)：v(k-1)＝第k-1个视频块大小/第k-1个视频块下载时间根据所述前一视频块的下载速率v(k-1)，获取所述前一视频块的吞吐量其中，P(k-1)＝(1-Kg(k-1))(W+P(k-2))式中，k为所述目标视频当前视频块的编号，为吞吐量，Kg为增益系数，v为下载速率，P为系统误差，W和Q为噪声方差。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：根据前一视频块的下载速率和吞吐量，获取当前视频块及其后连续N个视频块的吞吐量预测值；根据所述N个视频块的吞吐量预测值和当前缓存值，由下式获取所述N个视频块下载后的缓存预测值：式中，k为所述目标视频当前视频块的编号，为第k+j-1个视频块下载后的缓存预测值，b(k)为第k-1个视频块下载后的缓存值，即当前缓存值，为吞吐量，Δr(k+j-1)为第k+j-1个视频块相比第k+j-2个视频块的码率预测波动值，Δr(k)是为所述当前视频块码率相比个所述前一视频块的码率预测波动值，L为视频块包含的视频时间。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中根据前一视频块的下载速率和吞吐量，获取当前视频块及其后连续N个视频块的吞...

【专利技术属性】
技术研发人员：任丰原，王博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11