一种基于有限状态机的面向视频直播的码率自适应方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109996087A(43)申请公布日2019.07.09(21)申请号201910218253.9(22)申请日2019.03.21(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人肖晶陈俊奎卓泽宇陈宇廖良王中元(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人罗飞(51)Int.Cl.H04N21/2187(2011.01)H04N21/262(2011.01)H04N21/2662(2011.01)H04N21/647(2011.01)权利要求书2页说明书11页附图2页(54)发明名称一种基于有限状态机的面向视频直播的码率自适应方法及装置(57)摘要本发明公开了一种基于有限状态机的面向视频直播的码率自适应方法，包括带宽估计，利用卡勒曼滤波对历史观测数据进行预处理，帧间差分去噪以及根据概率统计和置信度确认来提高带宽估计准确度；缓冲区分级，对不同级别的带宽设置不同大小的安全缓冲阈值和危险缓冲阈值，并加入状态机的码率决策机制；时延控制，根据当前带宽以及选择码率得到未来缓存的变化趋势来动态调节决定播放器快慢播阈值的变量。本发明从带宽估计、缓冲区分级以及时延控制三个方面充分利用可用带宽，在保证视频质量最大化和低时延的同时，减少了视频的切换频率，提高了视频直播的平滑度，极大的提升了用户的观看体验，可以有效应用于网络视频直播等领域。CN109996087ACN109996087A权利要求书1/2页1.一种基于有限状态机的面向视频直播的码率自适应方法，其特征在于，包括：步骤S1：记录过去一个预设决策周期内系统反馈的原始数据，并基于原始数据估计过去一个预设决策周期内的带宽，其中，原始数据包括每帧图像数据大小、每帧图像的传输周期、当前缓冲区大小以及当前端到端时延；步骤S2：对估计出的过去一个预设决策周期内的带宽，设置对应的充足缓冲阈值和危险缓冲阈值，其中，充足缓冲阈值和危险缓冲阈值用以判定当前缓冲大小，根据当前缓冲大小以及前后两次预设决策周期内缓冲的变化量确定系统的状态，再基于有限状态机的状态选择码率；步骤S3：根据当前带宽以及选择码率获得缓存的变化趋势，并动态调节快慢播阈值的大小，再基于快慢播阈值调节缓存以及时延。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：步骤S1.1：对原始数据进行卡尔曼滤波；步骤S1.2：对进行卡尔曼滤波的n组数据，将相邻两帧图像包的大小和传输周期分别做差分，获得n-1个瞬时带宽点；步骤S1.3：将步骤S1.2得到的n-1个瞬时带宽点以码率为界限分档并统计落在每个档次区间的概率以及均值带宽，分析带宽分布，并根据带宽分布以及置信度估计出过去一个预设决策周期内的带宽。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1.1具体包括：将传输周期作为卡尔曼滤波器的目标参量，其中预测模型可以表示成：Ti,i-1＝Di/Ci-1+N(i)+Ei其中，Di为当前传输数据帧的大小，Ci-1为表示前一数据帧计算得到的传输速率，Ei表示预测误差,N(i)为噪声，Ti,i-1为当前数据帧的传输周期预测值。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1.2具体包括：将每个图像帧的传输周期表示为如下形式：T＝Td+Tw其中，Td表示下载时间，Tw表示帧间等待时间，利用图像帧大小和传输时间上的差分获得瞬时带宽点：bw＝Ddelta/Tdelta其中，Ddelta和Tdelta分别表示数据包大小和传输周期的差分，bw表示一个瞬时带宽点。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1.3具体包括：利用概率统计和置信度确认，将带宽估算误差控制在预设范围内，获得对应的估计带宽，估计带宽的计算方式如下：其中，Pt为设定的概率阈值，ave为最大概率区间内的带宽均值，bw[n-1]为末端带宽估算点，当落在某个带宽区间上的历史观测带宽估算点的概率超过设定阈值时，此时估计带宽取该区间的均值；否则，根据末端带宽估算点、对应区间以及概率阈值进行计算。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：2CN109996087A权利要求书2/2页步骤S2.1：对步骤S1中估计出的过去一个预设决策周期内的带宽，以预设码率为界限划分为对应的级别；步骤S2.2：结合本地缓存，对不同级别的带宽中设定对应的充足缓冲阈值b_h和危险缓冲阈值b_l；步骤S2.3：根据充足缓冲阈值b_h、危险缓冲阈值b_l以及前后两次预设决策周期内本地缓冲变化量delta的正负，将当前系统划分为固定的状态，并根据划分的状态选择码率。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：利用播放器快慢播的机制，选择对应的目标缓冲区值，通过快