面向SVC编码的DASH调度算法研究与设计

发布时间：2020-07-28 18:20

【摘要】：近年来,随着互联网视频行业的不断发展以及手机、平板电脑等移动终端数量的不断增加,使用移动设备进行视频的上传、点播、直播等新应用、新功能不断涌现,这提高了视频内容在整个互联网中的流量占比。目前,网络视频主要采用流媒体技术来为用户提供服务,但是互联网网络状况的高度动态性会造成流媒体文件传输的不稳定问题,不同屏幕尺寸、接入网络等异构的终端设备会带来视频服务的适配问题。基于HTTP的动态自适应流媒体(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP,DASH)技术在一定程度上可以解决上述问题,并且很快成为了主流的互联网视频传输技术之一。但是,传统的DASH使用AVC编码,存在编码块复用性低、码率波动性高等问题。如今,许多终端设备都具有多网络接入。本文以多网络接入为背景,提出基于多网络接口和SVC编码的DASH调度算法,能有效地利用网络多接口和SVC编码适配异构的客户端和网络的动态性,提升用户端的播放质量和体验,并缓解服务器和网络的存储及带宽压力。实验结果表明,在使用了 SVC编码以及本文的多接口调度算法之后,相比于AVC编码,服务器端存储下降了约50%,相比于单接口的基于带宽和缓冲的调度算法,平均的播放质量提高约45%,视频的切换次数下降约37%。另外,在DASH中,MPD文件通常只描述了可获取的视频质量和对应的平均比特率。然而,粗粒度的平均比特率相对于精确的客户端调度器是不够的。对于VBR来说,视频的比特率通常在时间维度上呈现剧烈波动,这可能会导致对未来获取视频块的比特率高估或者低估,进而导致次优的调度决策,甚至有可能造成缓冲区的干枯。不幸的是,对于使用AVC编码的视频,难以有效应对比特率高估或低估问题。本文首先观察到在使用SVC编码的视频中,不同层次的视频块文件大小具有很高的相关性,从而允许使用基础层的视频文件块大小来预测对应的加强层的文件大小。基于这一发现,本文提出了一个SIZE-Predict调度算法,利用视频块层次之间的文件大小相关性来缓解比特率的高估或者低估问题。实验结果表明,相比于基于速率的调度算法,SIZE-Predict算法可以在平均播放比特率上提高约20%,只略低于一些知道未来带宽的理论最优调度算法。同时,SIZE-Predict算法也可以减少播放过程中的暂停次数和rebuffering的时长。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN919.81
【图文】：

系统架构,视频

２．１逦ＤＡＳＨ流媒体技术标准逡逑２．１．１逦ＤＡＳＨ系统架构逡逑ＤＡＳＨ系统的整体架构如图２－１所示。服务器端是一个基本的ＨＴＴＰ服务器，逡逑主要用来存放视频切片文件和ＭＰＤ文件。客户端主要由ＭＰＤ解析模块、视频逡逑切片解析模块、ＨＴＴＰ下载模块、媒体播放模块和自适应控制模块等组成。ＤＡＳＨ逡逑系统的核心思想就是码率的动态自适应。在服务器端，视频被提前编码成多种码逡逑率，码率有低有高，并且被切成固定时间长度的视频片段，存放到ＨＴＴＰ服务器逡逑中。客户端播放时，先请求ＭＰＤ文件，并对ＭＰＤ文件进行解析，得到该视频逡逑的所有详细信息，然后通过ＨＴＴＰ请求向服务器请求视频的初始化切片，并根据逡逑网络状况的变化，请求相应质量的视频切片，从而达到对网络带宽的最大利用，逡逑并且保证播放流畅。逡逑／邋＂＂邋／邋＼逡逑ＨＴＴＰ邋ｓｅｒｖｅｒ逦ＤＡＳＨ邋ｃｌｉｅｎｔ逡逑ＩｐｐＭｉＷｉ＊逦Ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｈｅｕｒｉｓｔｉｃｓ逡逑W灄邋Ｉ邋．邋ｌ邋ｉｍｉｒＸ逡逑Ｌ．．．ＭＰＤ＿＾ｅ＾逡逑Ｉ邋？逦Ｍｅｄｉａ逡逑！逦？逦ｇ，逦ＷｉＢＢＷ邋Ｐｌａｙｅｒ逡逑＆邋？邋＾逡逑ａ邋丨邋＠逦，逦ｒ逦１—逡逑ｆ逦ＨＴＴＰ＿Ｕ＿邋邋邋ＨＴＴＰ邋ｃｌ

文件结构

２．１．２邋ＭＰＤ文件结构逡逑ＭＰＤ文件是一个ＸＭＬ文件，用于描述服务器上的媒体内容的码率信息、媒逡逑体内容包含的音频和文本组件特征等。ＭＰＤ文件的整体结构如图２－２所示。ＭＰＤ逡逑文件中的主要由以下标签组成：逡逑片段（Ｐｅｒｉｏｄ）：它表示一个视频在时间轴上的一段时间，每个ＭＰＤ文件通常逡逑由多个时间长度相同的片段组成。每一个片段都可以包含多个自适应集合。逡逑自适应集合（ＡｄａｐｔａｔｉｏｎＳｅｔ）：自适应集合可以代表视频和多个不同的音频集合。逡逑当然，如果是音频视频混合编制的情况下，那就只需要一个自适应集合。每一个逡逑自适应集合都包含多个媒体呈现。逡逑媒体呈现（Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）：每一个媒体呈现就代表一个独立的视频流，其中包逡逑含了对视频的分辨率、编码方式、码率、帧率等信息的描述。例如，一个媒体呈逡逑现可以是ｌ0８０ｘ７２０／３０0５ｓ／ｌＭｂｐｓ的一个视频流，另一个媒体呈现则是逡逑１０８０ｘ７２０／３０Ｑ＞ｓ／２Ｍｂｐｓ的一个视频流。不同的视频呈现允许ＤＡＳＨ实现码率自适逡逑应调整。逡逑视频切片（Ｓｅｇｍｅｎｔ）：因为每个视频流都被切成时间长度相等的切片，因此每逡逑个视频呈现都包含一个视频初始化切片和多个视频内容切片。每个切片都包含其逡逑实际的ＵＲＬ地址，ＤＡＳＨ客户端通过分析ＭＰＤ文件得到每个切片的ＵＲＬ地址，逡逑然后根据调度逻辑去请求视频切片。逡逑除了上面的属性标签之外

架构图,自适应调度算法,客户端,架构

逦第２章国内外研究现状逦逡逑２．２自适应调度算法逡逑ＤＡＳＨ标准中提出的几个设计原则：视频缓冲区的初始化能够尽可能快速、逡逑高效率地利用网络带宽、视频码率能够进行自适应切换、可以支持和利用ＣＤＮ逡逑网络的特性、可以利用现有的ＨＴＴＰ服务器和缓存功能、能够利用现有的媒体播逡逑放机制、能够支持点播和直播等。逡逑从ＤＡＳＨ的整体架构来看，自适应调度算法是ＤＡＳＨ实现动态自适应码率逡逑的最主要的手段。自适应调度算法主要可以分为基于客户端的自适应调度算法、逡逑基于服务器的自适应调度算法、基于网络协助的自适应调度算法。逡逑２．２．１基于客户端的自适应调度算法逡逑

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