CN102333089A

CN102333089A - 基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法

Info

Publication number: CN102333089A
Application number: CN201110288958A
Authority: CN
Inventors: 刘峰; 王欣
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明提供了一种基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，涉及媒体传输技术领域。本方法应用于基于HTTP流化的多码率自适应传输***。本方法的内容包括：客户端通过HTTP请求媒体流切片时，通过当前媒体流切片的比特率、时长以及接收时间估计当前可用带宽，通过连续两个媒体流切片的请求时间的差值和时间戳的差值估计当前客户端缓存可播放时间。客户端根据当前可用带宽和缓存可播放时间决定请求下一个媒体流切片的质量级别。本方法有效的利用了带宽，最大限度的提高了用户体验。

Description

基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法

技术领域

本发明涉及媒体传输技术领域，特别涉及基于HTTP(超文本传输协议)流化的媒体传输自适应控制算法。

背景技术

HTTP协议最初是用来浏览网页，传输文本的协议。这样看来，HTTP涉及的网络流量很小，因此显然不太适合流量较大的视频下载和传输。另外，由于HTTP是基于TCP的协议，TCP本身具有的拥塞控制以及重传时延都被认为是不适合传输视频的机制。因此，早期的视频传输都是利用UDP(例如RTP over UDP)协议、架构专有的视频服务器***完成的，成本昂贵且不适宜大规模的部署。

近几年来，Internet的快速发展和网络带宽的不断增加，以及人们对于视频需求量的增长，使得基于视频应用产生的网络流量占到了Internet总流量的一半以上。相对于传统的视频流化技术，基于HTTP的流化自适应方案无需架设专用视频服务器，而是利用现有的WEB服务器并且在服务器产生同一视频的不同码率的视频片断，其中视频片断可以理解为将长的视频流切割成一个个小的片断(一般为几秒钟)，不同码率对应不同的视频质量级别，在不同网络条件下通过切换质量级别实现视频的连续平滑播放。HTTP流实质上就是一系列连续视频片断传输、下载和播放。从用户的角度看，多码率的HTTP流可以取得和基于传统流媒体协议的视频流(例如RTP流)同样甚至更优的播放效果，这其中的自适应算法起着重要作用。另外，HTTP/TCP对防火墙/NAT的穿越能力也使得HTTP流化技术在Internet上的应用前景广阔。

发明内容

技术问题：本发明的目的是公开一种基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，相比较在服务器进行的自适应算法客户端对网络状况和本身资源的估计更具有实时性，因此算法更加准确。

技术方案：本发明的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法用于基于HTTP流化的多码率自适应传输***，该***包括服务器和客户端两个组成部分；服务器包括媒体流接收模块、媒体流切片处理模块以及媒体流发送模块；客户端通过HTTP协议请求媒体流切片；

客户端计算连续多片媒体流切片的接收时间，提取连续多片媒体流切片的大小，估计当前可用带宽；客户端提取最后接收的媒体流切片即当前媒体流切片的比特率，该比特率与质量级别一一对应，比特率越小，质量级别越低；

客户端计算两个连续媒体流切片的请求时间，提取这两个连续媒体流切片的时间戳，估计客户端缓存可播放时间；

客户端对估计出的当前可用带宽与当前媒体流切片的比特率比较大小，如果当前可用带宽连续多次大于当前媒体流切片的比特率，并且客户端的缓存可播放时间大于0，并且当前比特率不是最高质量级别的比特率时，客户端请求的下一个媒体流切片的质量级别上升一级。如果当前可用带宽连续多次小于当前媒体流切片的比特率，并且客户端的缓存可播放时间小于设定的一段时间，并且当前比特率不是最低质量级别的比特率时，客户端请求的下一个媒体流切片的质量级别下降一级；其它不满足上述两种情况的任何情况，客户端请求的下一个媒体流切片的质量级别保持不变。

所述基于HTTP流化的多码率自适应传输***，该***中的服务器只负责媒体流的接收、处理和发送，不负责媒体流的编码；该***中客户端是网页播放器。

所述媒体流切片，是包含整数个图像组GOP，每个GOP第一帧为立即刷新帧IDR帧且不含有双向预测帧B帧；

人为规定媒体流切片的长度，以时间t秒为度量，0＜t＜10；媒体流切片的大小，其单位是比特或者字节的表示存储容量的单位，不是时间单位。

所述媒体流切片的接收时间，是客户端下载该切片的第一个比特开始到最后一比特下载结束的时间，该时间内，客户端只对一个媒体流切片进行接收。

所述提取连续多片媒体流切片的大小，是从媒体流切片本身的媒体文件封装格式中提取有关切片大小的参数。

所述两个连续媒体流切片的请求时间，是客户端对这两个连续媒体流切片的HTTP GET请求时间；

所述提取这两个连续媒体流切片的时间戳，是指从媒体流切片本身的媒体文件封装格式中提取有关两个切片时间信息的参数。

所述的媒体文件封装格式中，除编码的媒体内容外，还包括该媒体的时间戳和大小等信息。

所述客户端缓存可播放时间，是指当前时刻客户端缓存数据可以连续播放的最大时间。

所述基于HTTP流化的多码率自适应传输***，是至少含有三个不同码率即比特率的媒体流的***。

客户端与服务器建立连接，客户端向服务器发送请求媒体描述文件的GET请求；

服务器响应请求，返回媒体描述文件，客户端获知可以请求的媒体流切片的比特率；

客户端从最低比特率请求媒体流切片，当请求的媒体流切片数目大于等于一定数量时，客户端启动如下算法：

客户端计算连续多片媒体流切片的接收时间，接收时间是指客户端下载该切片的第一个比特开始到最后一比特下载结束的时间。客户端提取多片媒体流切片的大小和最后接收的媒体流切片(当前媒体流切片)的比特率。由这几个媒体流切片的大小和其接收时间的比值的平均值得到对当前带宽估计值。

客户端计算两个连续媒体流切片的请求时间之差，称为请求间隔。提取这两个连续媒体流切片的时间戳并计算两时间戳之差，称为时间戳间隔。客户端缓存可播放时间的估计等于时间戳间隔与请求间隔之差的逐次累加。

客户端将得到的当前带宽的估计值与当前媒体流切片比特率进行大小比较。

若当前带宽的估计值连续大于当前媒体流切片的比特率，同时客户端缓存可播放时间大于零，并且当前比特率不是最高质量级别的比特率时，则请求的下一个媒体流切片的质量级别比当前媒体流切片高一个级别。

若当前带宽的估计值连续小于当前媒体流切片的比特率，同时客户端缓存可播放时间小于一定数目媒体流切片的总时长，并且当前比特率不是最低质量级别的比特率时，则请求的下一个媒体切片的质量级别比当前媒体流切片低一个级别。

其它不满足上述两种情况的任何情况，则请求的下一个媒体流切片的质量级别保持不变；

有益效果：本发明是在客户端进行的多码率媒体流自适应控制算法，相比较在服务器进行的自适应算法客户端对网络状况和本身资源的估计更具有实时性，因此算法更加准确。

附图说明

图1基于HTTP流化的多码率自适应传输***，

图2基于HTTP流化的多码率自适应控制算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

该方法应用于基于HTTP流化的多码率自适应传输***，该***包括服务器和客户端两个组成部分；服务器包括媒体流接收模块、媒体流切片处理模块以及媒体流发送模块；客户端通过HTTP协议请求媒体流切片；

实施例1：如图1是本算法应用的基于HTTP流化的多码率自适应传输***，该***服务器可以提供同一内容的5种不同比特率的片源。这5种不同比特率的片源从小到大记为b₁、b₂、b₃、b₄、b₅，对应从低到高5种质量级别，记为0、1、2、3、4。

媒体流切片时长约为5秒。

客户端从最低比特率请求媒体流切片，当请求的媒体流切片数目大于5时，客户端启动算法：

客户端计算连续5片媒体流切片的接收时间，分别记为T(t₁)、T(t₂)、T(t₃)、T(t₄)、T(t₅)，接收时间是指客户端下载该切片的第一个比特开始到最后一比特下载结束的时间。

客户端提取这5片媒体流切片的大小，分别记为Size(t₁)、Size(t₂)、Size(t₃)、Size(t₄)、Size(t₅)，客户端提取最后接收的媒体流切片(当前媒体流切片)的比特率b_i(0≤i≤4)。客户端根据下式估计当前的带宽bw_c。

{bw}_{c} = \frac{0.5 Size (t 5)}{T (t 5)} + \frac{0.2 Size (t 4)}{T (t 4)} + \frac{0.15 Size (t 3)}{T (t 3)} + \frac{0.1 Size (t 2)}{T (t 2)} + \frac{0.05 Size (t 1)}{T (t 1)}

客户端计算两个连续媒体流切片的请求时间，分别记为t_j、t_j+1，提取这两个连续媒体流切片的时间戳

客户端根据下式估计客户端播放缓存可播放时间Buffer(t_j+1)。

Buffer (t_{j + 1}) = Buffer (t_{j}) + [({\hat{t}}_{j + 1} - {\hat{t}}_{j}) - (t_{j + 1} - t_{j})]

j≠0

Buffer(t_j+1)＝0 j＝0

将bw_c与b_i进行比较，若bw_c连续3次大于b_i，并且Buffer(t_j+1)＞0，并且i≠4，则请求下一个媒体流切片时，i+1；若bw_c连续3次小于b_i，并且Buffer(t_j+1)＜10s时，并且i≠0，则请求下一个媒体切片时，i-1。

本算法是在客户端进行的基于HTTP流化的多码率媒体流自适应控制算法，该算法不需要和服务器很多的交互信息，提取参数的实时性较好，最大限度的保证了用户体验。

本技术为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，该方法应用于基于HTTP流化的多码率自适应传输***，该***包括服务器和客户端两个组成部分；服务器包括媒体流接收模块、媒体流切片处理模块以及媒体流发送模块；客户端通过HTTP协议请求媒体流切片；

2.根据权利要求1所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述基于HTTP流化的多码率自适应传输***，该***中的服务器只负责媒体流的接收、处理和发送，不负责媒体流的编码；该***中客户端是网页播放器。

3.根据权利要求1所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述媒体流切片，是包含整数个图像组GOP，每个GOP第一帧为立即刷新帧IDR帧且不含有双向预测帧B帧；

4.根据权利要求1所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述媒体流切片的接收时间，是客户端下载该切片的第一个比特开始到最后一比特下载结束的时间，该时间内，客户端只对一个媒体流切片进行接收。

5.根据权利要求1所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述提取连续多片媒体流切片的大小，是从媒体流切片本身的媒体文件封装格式中提取有关切片大小的参数。

6.根据权利要求1所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述两个连续媒体流切片的请求时间，是客户端对这两个连续媒体流切片的HTTP GET请求时间；

7.根据权利要求5所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述的媒体文件封装格式中，除编码的媒体内容外，还包括该媒体的时间戳和大小等信息。

8.根据权利要求1所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述客户端缓存可播放时间，是指当前时刻客户端缓存数据可以连续播放的最大时间。

9.根据权利要求1所述的基于超文本传输协议流化的多码率媒体流自适应控制方法，其特征在于，所述基于HTTP流化的多码率自适应传输***，是至少含有三个不同码率即比特率的媒体流的***。