CN105430533B - Hls视频点播加速方法及*** - Google Patents

Hls视频点播加速方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及通讯领域，具体涉及HLS视频点播加速方法及***。该加速方法根据前5秒带宽情况进行探测，这是所有后面工作的基础，通过客户端与HLS服务器进行通讯，确定合适的码流，确定客户端与服务器之间的媒体能力交换。对切片文件的部分冗余字符按照标准协议产生的空数据进行稀疏化压缩编码，提升编码和译码效率，提升网络传输速度。根据码流确定通讯方式，灵活切换，提高网络传输的效果。进而有效实现省带宽、码流平滑、实时、省电的综合媒体体验效果，优化了视频观看体验。

Description

HLS视频点播加速方法及***
技术领域
本发明涉及通讯领域，具体而言，涉及HLS视频点播加速方法及***。
背景技术
HLS(HTTP Live streaming)是Apple公司定义的用于实时流传输的协议，HLS基于HTTP协议实现，包括一个m3u8的索引文件，TS媒体分片文件和key加密串文件，主要用于PC和Apple终端的音视频服务。HLS是一个针对于移动设备的协议，其触发数据传输、缓冲播放、省电等特性是其优势的同时，也会带来协议开销过高、延迟过大的缺点。尤其是为了适合time-shift的功能(时间移位，通过网络的学***滑，增加IT成本。
发明内容
本发明的目的在于提供HLS视频点播加速方法和***、服务器、客户端，以解决视频点播中流量突变、码流不平滑的问题。
本发明提供了一种HLS视频点播加速方法，其包括：
在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
根据所述码流确定通讯方式，当码流大时采用单路通讯，码流小时采用多路通讯；
服务器根据所述码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
服务器采用非对称无损压缩编码方式对每个所述切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
服务器和所述客户端之间按照所述通讯方式和所述码流进行数据传输；
服务器对所有切片块文件的使用频度进行统计，并按照使用频度由高到低的顺序对切片块进行排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中；
所述客户端对接收的数据进行解码，并播放。
在一些实施例中，优选为，所述非对称无损压缩编码方式为：三元组，所述三元组的第一个组元表示在已解码文本中向前回溯字符的个数，以找到目标短语；第二个组元表示所述目标短语的字符数；第三个组元表示在所述目标短语之后的第一个字符。
在一些实施例中，优选为，在已解码文本中，当所述目标短语第一个字符之后的字符数小于所述第二个组元时，提取所述目标短语第一个字符之后的所有字符，并添加一个以上的所述第一个字符，以形成新的目标短语，所述新的目标短语的字符数与所述第二个组元相等。
在一些实施例中，优选为，所述在客户端和服务器的通讯中，客户端根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流包括：
所述客户端向所述服务器发送ICMP协议ping包；
所述服务器根据接收ICMP协议ping包的数量，确定码流，并向所述客户端发送对应所述码流的ICMP协议ping包；
所述客户端根据前5秒接收的对应所述码流的ICMP协议ping包，确定所述码流。
在一些实施例中，优选为，将所述码流与阈值比较，当所述码流大于所述阈值时，所述通讯方式为单路传输；当所述码流小于所述阈值时，所述通讯方式为多路传输；所述阈值为1-2M/s。
本发明还提供了一种执行上述HLS视频点播加速方法的服务器，其包括：切片模块、压缩编码模块、协议模块、第一带宽探测模块、流量控制模块；
所述第一带宽探测模块，用于在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
所述流量控制模块，用于根据所述码流确定通讯方式；
所述切片模块，用于根据所述码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
所述压缩编码模块，用于采用非对称无损压缩编码方式对每个所述切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
所述协议模块，用于按照确定的通讯方式和所述码流调度相应切片块向客户端进行数据推流；
还包括切片块调度模块；所述切片块调度模块，用于对所有切片块文件的使用频度进行统计，并按照使用频度由高到低的顺序对切片块进行排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中，根据需要调度相应切片块文件。
本发明还提供了一种执行上述HLS视频点播加速方法的客户端，其包括：第二带宽探测模块、通信控制模块、解码器、播放器；其中，
所述第二带宽探测模块，用于在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
所述通信控制模块，用于根据所述码流确定通讯方式；
所述解码器，用于对接收的数据进行解码；
所述播放器，用于对解码后的视频进行播放。
本发明还提供了一种执行上述HLS视频点播加速方法的***，其包括：上述服务器和上述客户端；
所述客户端的第二带宽探测模块向所述服务器的第一带宽探测模块发送ICMP协议ping包；
所述第一带宽探测模块根据接收ICMP协议ping包的数量，确定码流，并向所述客户端发送对应所述码流的ICMP协议ping包；
所述服务器的流量控制模块根据所述码流确定通讯方式；
所述第二带宽探测模块根据前5秒接收的对应所述码流的ICMP协议ping包，确定所述码流；
所述客户端的通信控制模块根据所述码流确定通信方式；
所述服务器的切片模块根据所述码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
所述服务器的压缩编码模块采用非对称无损压缩编码方式对每个所述切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
所述流量控制模块和通信控制模块之间通过相应码流和通讯方式将压缩后的切片文件进行数据传输；
所述切片块调度模块对所有切片块文件的使用频度进行统计，并按照使用频度由高到低的顺序对切片块进行排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中，根据需要调度相应切片块文件；
所述客户端的解码器对接收的数据进行解码，并通过播放器进行播放。
本发明实施例提供的HLS视频点播加速方法及***、服务器、客户端，与现有技术相比，根据前5秒带宽情况进行探测，这是所有后面工作的基础，通过客户端与HLS服务器进行通讯，确定合适的码流，确定客户端与服务器之间的媒体能力交换。对切片文件的部分冗余字符按照标准协议产生的空数据进行稀疏化压缩编码，提升编码和译码效率，提升网络传输速度。根据码流确定通讯方式，灵活切换，提高网络传输的效果。进而有效实现省带宽、码流平滑、实时、省电的综合媒体体验效果，优化了视频观看体验。
附图说明
图1为本发明一个实施例中HLS视频点播加速方法步骤示意图；
图2为本发明一个实施例中HLS视频点播加速***结构示意图；
图3为本发明一个实施例中压缩编码示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。
考虑到目前视频点播中网络传输不稳，流量经常发生突变，造成视频播放不流畅的问题，本发明提供了HLS视频点播加速方法、***、服务器和客户端。
一种HLS视频点播加速方法，其包括：
在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；根据码流确定通讯方式，当码流大时采用单路通讯，码流小时采用多路通讯；服务器根据码流将大视频文件切片为多个切片块文件；服务器采用非对称无损压缩编码方式对每个切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；服务器和客户端之间按照通讯方式和码流进行数据传输；客户端对接收的数据进行解码，并播放。
针对上述HLS视频点播加速方法，设计了对应的客户端、服务器和加速***，其中客户端可以为软件程序加载于客户的应用硬件设备上，比如：平板电脑、手机、电脑等；服务器为存储视频的服务硬件装置，加速***为综合***。
根据前5秒带宽情况进行探测，这是所有后面工作的基础，通过客户端与HLS服务器进行通讯，确定合适的码流，确定客户端与服务器之间的媒体能力交换。对切片文件的部分冗余字符按照标准协议产生的空数据进行稀疏化压缩编码，提升编码和译码效率，提升网络传输速度。根据码流确定通讯方式，灵活切换，提高网络传输的效果。进而有效实现省带宽、码流平滑、实时、省电的综合媒体体验效果，优化了视频观看体验。
接下来，对该技术做详细说明：
HLS视频点播加速方法，如图1所示，其步骤包括：
步骤101，在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
根据前5秒带宽情况进行探测，这是所有后面工作的基础，通过客户端与HLS服务器进行通讯，确定合适的码流，确定客户端与服务器之间的媒体能力交换。
具体执行步骤为：
步骤1011，客户端向服务器发送ICMP协议ping包；
步骤1012，服务器根据接收ICMP协议ping包的数量，确定码流，并向客户端发送对应码流的ICMP协议ping包；
步骤1013，客户端根据前5秒接收的对应码流的ICMP协议ping包，确定码流。
步骤102，根据码流确定通讯方式，当码流大时采用单路通讯，码流小时采用多路通讯；
改标准协议的单通讯方式为多路通讯方式，网络阻塞时采用多路通讯方式，传输数据量小，但通道多，网络好时采用单路通讯方式，传输数据量大。
将码流与阈值比较，当码流大于阈值时，通讯方式为单路传输；当码流小于阈值时，通讯方式为多路传输；通常情况阈值为1-2M/s，不过，“阈值比较”是一种确定通讯方式的方法，在实际操作中可以根据视频播放的顺畅和不顺畅情况来确定是否需要在单路传输与多路传输间转换。
步骤103，服务器根据码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
服务器和客户端之间采用切片视频方式传输。由于通讯方式不同，传输文件的速度不同，因此需要根据码流大小来判断切片的大小。当服务器确定码流后，会基于该码流进行切片呈多个切片块文件。
步骤104，服务器采用非对称无损压缩编码方式对每个切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
对切片文件的部分冗余字符进行优化，主要是对按照标准协议产生的空数据进行稀疏化压缩编码，提升编码和译码效率，提升网络传输速度。减少冗余字符的占用空间量，提高传输的速度。
非对称无损压缩编码采用三元组，它仅仅开销很小的内存就能快速地执行编码和解码运算。三元组的第一个组元表示在已解码文本中向前回溯字符的个数，以找到目标短语；第二个组元表示目标短语的字符数；第三个组元表示在目标短语之后的第一个字符。在已解码文本中，当目标短语第一个字符之后的字符数小于第二个组元时，提取目标短语第一个字符之后的所有字符，并添加一个以上的第一个字符，以形成新的目标短语，新的目标短语的字符数与第二个组元相等。举例来说：
如图3示出一个编码器的若干输出，假定输入字符集是由a和b组成，输出码由一系列三元组组成，三元组的第1个组元表示要在向前的文本(已解码)中回溯多远来找到一个短语，第2个组元记录了这个短语有多长，第3个组元给出来要输入的下一个字符，前两项构成了回查文本的指针。在图3中，字符”abaabab”已经解码，随后要解码的字符由三元组<5,3,b>来表示，这样解码器就会在解码过的文本中回退5个字符(从开始处第3个位置)，然后复制3个字符，达到短语aab，数组的第3项b，随后就加入到输入中，<5,3,b>的最后输出为aabb，其中aab由前文得到，b为最后一个字符。下一个三元数组(1,10,a)是一个递归指示，为了解码，解码器从回退一个字符处b开始复制随后10个字符，除了递归指示之外，每个字符在其向前之前均是可以达到的，生成10个连续的b。运用这种方法，实现了压缩编码方法。如图3，压缩编码图。
步骤105，服务器和客户端之间按照通讯方式和码流进行数据传输；
在该步骤中，传输协议根据通讯方式、码流进行压缩后切片块文件的传输。其中需要不断调度切片块文件，调度方式为：根据切片文件的使用频度进行调度，切片使用得多的放到内存，用得少的放到磁盘，避免磁盘的访问瓶颈，提高数据传输速度。服务器对所有切片块文件的使用频度进行统计，并排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中。
步骤106，客户端对接收的数据进行解码，并播放。
客户端也采用三元组进行解码，进而获得解码的视频文件，利用播放器进行播放。
需要说明的是，步骤101-102可以与步骤103进行调换，在实际操作中也是不断轮换执行顺序，根据实际的网络传输速度，进行不断的轮换。
本发明采用带宽探测器、压缩算法、流量控制策略和将使用频度高的切片块放到内存，可以实现省带宽、码流平滑、实时、省电的综合媒体体验效果，优化了视频观看体验。
为了对本技术做全面的保护，还提供了执行HLS视频点播加速方法的服务器，其包括：切片模块、压缩编码模块、协议模块、第一带宽探测模块、流量控制模块；
第一带宽探测模块，用于在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
流量控制模块，用于根据码流确定通讯方式；
切片模块，用于根据码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
压缩编码模块，用于采用非对称无损压缩编码方式对每个切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
协议模块，用于按照确定的通讯方式和码流调度相应切片块向客户端进行数据推流。
由于切片和码流确定、通讯方式确定之间前后执行顺序可以轮换，下面，以首先切片，然后再确定码流为例来说明服务器的执行时序。
首先HLS服务器将大的视频文件切片为一些小的切片块文件，然后采用非对称无损压缩编码方式对切片文件的部分冗余字符进行优化，主要是对按照标准协议产生的空数据进行稀疏化压缩编码，根据前5秒带宽情况采用ICMP协议ping包进行探测，这是所有后面工作的基础，通过客户端与HLS服务器进行通讯，确定合适的码流，确定客户端与服务器之间的媒体交换能力。HLS服务器向HLS客户端推流发送切片文件，改标准协议的单通讯方式为多路通讯方式，网络阻塞时采用多路通讯方式，传输数据量小，但通道多，网络好时采用单路通讯方式，传输数据量大。根据切片文件的使用频度进行调度，切片使用得多的放到内存，用得少的放到磁盘，避免磁盘的访问瓶颈，提高数据传输速度。
该服务器还包括：切片块调度模块，用于对所有切片块文件的使用频度进行统计，并排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中，用根据需要调度相应切片块文件。以节省使用空间，提高传输速度。
为了对本发明做全面的保护，还提供了执行上述HLS视频点播加速方法的客户端，其包括：第二带宽探测模块、通信控制模块、解码器、播放器；其中，
第二带宽探测模块，用于在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
通信控制模块，用于根据码流确定通讯方式；
解码器，用于对接收的数据进行解码；
播放器，用于对解码后的视频进行播放。
其执行方式为：HLS客户端通过带宽探测模块与服务器进行通讯，确定合适的码流，通信控制单元根据带宽情况决定通讯方式，网络阻塞时采用多路通讯方式，传输数据量小，但通道多，网络好时采用单路通讯方式，传输数据量大，并接收切片文件，通过解码器进行解码，然后通过播放器播放HLS视频文件。
为了对本发明做更为全面的保护，还提供了一种执行上述HLS视频点播加速方法的***，如图2所示，其包括前文的服务器和前文的客户端。由于切片和码流确定、通讯方式确定之间前后执行顺序可以轮换，下面，以首先确定码流，然后切片为例来说明整个加速***的执行时序。
客户端的第二带宽探测模块向服务器的第一带宽探测模块发送ICMP协议ping包；
第一带宽探测模块根据接收ICMP协议ping包的数量，确定码流，并向客户端发送对应码流的ICMP协议ping包；
服务器的流量控制模块根据码流确定通讯方式；
第二带宽探测模块根据前5秒接收的对应码流的ICMP协议ping包，确定码流；
客户端的通信控制模块根据码流确定通信方式；
服务器的切片模块根据码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
服务器的压缩编码模块采用非对称无损压缩编码方式对每个切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
流量控制模块和通信控制模块之间通过相应码流和通讯方式将压缩后的切片文件进行数据传输；
客户端的解码器对接收的数据进行解码，并通过播放器进行播放。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种HLS视频点播加速方法，其特征在于，包括：
在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
根据所述码流确定通讯方式，当码流大时采用单路通讯，码流小时采用多路通讯；
服务器根据所述码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
服务器采用非对称无损压缩编码方式对每个所述切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
服务器和所述客户端之间按照所述通讯方式和所述码流进行数据传输；
服务器对所有切片块文件的使用频度进行统计，并按照使用频度由高到低的顺序对切片块进行排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中；
所述客户端对接收的数据进行解码，并播放。
2.如权利要求1所述的HLS视频点播加速方法，其特征在于，所述非对称无损压缩编码方式为：三元组，所述三元组的第一个组元表示在已解码文本中向前回溯字符的个数，以找到目标短语；第二个组元表示所述目标短语的字符数；第三个组元表示在所述目标短语之后的第一个字符。
3.如权利要求2所述的HLS视频点播加速方法，其特征在于，在已解码文本中，当所述目标短语第一个字符之后的字符数小于所述第二个组元时，提取所述目标短语第一个字符之后的所有字符，并添加一个以上的所述第一个字符，以形成新的目标短语，所述新的目标短语的字符数与所述第二个组元相等。
4.如权利要求1所述的HLS视频点播加速方法，其特征在于，所述在客户端和服务器的通讯中，客户端根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流包括：
所述客户端向所述服务器发送ICMP协议ping包；
所述服务器根据接收ICMP协议ping包的数量，确定码流，并向所述客户端发送对应所述码流的ICMP协议ping包；
所述客户端根据前5秒接收的对应所述码流的ICMP协议ping包，确定所述码流。
5.如权利要求1所述的HLS视频点播加速方法，其特征在于，将所述码流与阈值比较，当所述码流大于所述阈值时，所述通讯方式为单路传输；当所述码流小于所述阈值时，所述通讯方式为多路传输；所述阈值为1-2M/s。
6.一种执行权利要求1-5任一项所述的HLS视频点播加速方法的服务器，其特征在于，包括：切片模块、压缩编码模块、协议模块、第一带宽探测模块、流量控制模块；
所述第一带宽探测模块，用于在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
所述流量控制模块，用于根据所述码流确定通讯方式；
所述切片模块，用于根据所述码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
所述压缩编码模块，用于采用非对称无损压缩编码方式对每个所述切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
所述协议模块，用于按照确定的通讯方式和所述码流调度相应切片块向客户端进行数据推流；
还包括切片块调度模块；所述切片块调度模块，用于对所有切片块文件的使用频度进行统计，并按照使用频度由高到低的顺序对切片块进行排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中，根据需要调度相应切片块文件。
7.一种执行权利要求1-5任一项所述的HLS视频点播加速方法的客户端，其特征在于，包括：第二带宽探测模块、通信控制模块、解码器、播放器；其中，
所述第二带宽探测模块，用于在客户端和服务器的通讯中，根据前5秒带宽，采用ICMP协议ping包进行探测，根据探测结果确定码流；
所述通信控制模块，用于根据所述码流确定通讯方式；
所述解码器，用于对接收的数据进行解码；
所述播放器，用于对解码后的视频进行播放。
8.一种执行权利要求1-5任一项所述的HLS视频点播加速方法的***，其特征在于，包括：权利要求6所述的服务器和权利要求7所述的客户端；
所述客户端的第二带宽探测模块向所述服务器的第一带宽探测模块发送ICMP协议ping包；
所述第一带宽探测模块根据接收ICMP协议ping包的数量，确定码流，并向所述客户端发送对应所述码流的ICMP协议ping包；
所述服务器的流量控制模块根据所述码流确定通讯方式；
所述第二带宽探测模块根据前5秒接收的对应所述码流的ICMP协议ping包，确定所述码流；
所述客户端的通信控制模块根据所述码流确定通信方式；
所述服务器的切片模块根据所述码流将大视频文件切片为多个切片块文件；
所述服务器的压缩编码模块采用非对称无损压缩编码方式对每个所述切片块文件中的冗余字符进行稀疏化压缩编码；
所述流量控制模块和通信控制模块之间通过相应码流和通讯方式将压缩后的切片文件进行数据传输；
所述切片块调度模块对所有切片块文件的使用频度进行统计，并按照使用频度由高到低的顺序对切片块进行排序，将位列N之前的切片块放到内存中，将其他的切片块放到磁盘中，根据需要调度相应切片块文件；
所述客户端的解码器对接收的数据进行解码，并通过播放器进行播放。
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