[发明专利]基于扩展视频编码的直播视频流传输自适应调度方法

权利要求书

1.一种基于扩展视频编码的直播视频流传输自适应调度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)进行视频分层编码的基本设置，包括设置视频流的编码层数，确定基本层码率大小以及各个增强层的码率大小，且建立带宽预测模型，预测系统的可用带宽；

所述的带宽预测模型表达式如下：

B(k)表示当前时间的可用带宽，y(k)表示根据信道的状态信息计算的可用带宽，下一个时间周期内的可用带宽B(k+1)由当前时间内的可用带宽B(k)与过程噪声w(k)组成，计算值y(k)与真实的可用带宽B(k)的差异用计算噪声v(k)来表示；

在带宽预测模型中，假设过程噪声w(k)和计算噪声v(k)为独立的Gauss白噪声，且服从正态概率分布，其方差分别记为：

Q＝E[w(k)·w(k)^T]

R＝E[v(k)·v(k)^T]

在当前的时间周期内，根据信道的状态信息计算的可用带宽为y(k)，上一个时间周期内预测的可用带宽为B(k|k-1)，则当前时间内可用带宽的估计值为：

其中：表示实际可使用带宽与预测带宽之间的预测误差，表示利用预测误差对上一次预测所进行的修正；

修正值与上一次的预测值之和则为当前时间可用带宽的估计值，然后进行下一个时间周期内可用带宽的预测，计算过程如下：

权值Km(k)称为Kalman增益，按下式计算：

P(k|k-1)是可用带宽预测的误差矩阵，按下列公式进行迭代计算：

P(k|k)＝(1-Km(k))P(k|k-1)

P(k+1|k)＝P(k|k)+Q；

(2)构建视频发送端的视频上传优化模型和约束条件，视频上传优化模型根据观众选择的延迟信息，从未上传的视频片段中确定待上传的视频段，包括从尚有增强层未发送的视频片段集合中，确定满足带宽约束条件下能使目标函数最大的视频片段增强层；

所述视频上传优化模型中，用于表达传输视频段能够获得的视频质量收益的优化目标函数表达式如下：

maximize obj＝w_fQ(s_f)+w_gQ(s_g)

其中s_f表示实时生成的视频片段的基本层，w_f表示选择s_f时的权重，w_g表示选择s_g时的权重，Q(s_f)表示选择s_f时的带来的视频质量增益,s_g表示选择发送的视频片段的增强层；

权重w_f为所有观众数量总和，其表达式如下所示：

N(t)表示观看延迟时间为t的观众人数，权重w_g表示观众观看延迟时间不同带来的影响，由观看延迟在s_g之后的观众数量总和确定，其表达式如下所示：

在上述表达式中，T_u表示当前实时观众观看的时间，T_g表示s_g的延迟播放时间；

Q(s_i)表示选择s_i时的带来的视频质量增益，其表达式如下：

Q(s_i)＝f(s′_i+s_i)-f(s_i)

f(s_i)表示s_i所拥有视频显示质量，s'_i表示已经发送的第i个视频片段，所述方法中，视频显示质量函数表示如下：

在上述表达式当中s_min表示一个视频片段能够播放的最低质量；

(3)构建视频接收端的视频下载优化模型和约束条件，对视频接收端进行用户观看综合体验的分析，从视频显示效果、视频质量切换以及视频播放卡顿三个方面对用户视频观看感受进行量化，并以此作为优化目标；

所述的视频下载优化模型中，其优化目标函数表示如下：

maximize obj＝θ₁Q(s_i)-θ₂C(s_i)+θ₃RB(s_i)

式中，θ₁-θ₃分别表示视频质量增益、视频质量切换的负增益、减少重新缓冲方面的正向增益这三部分的权重，为可调整参数，Q(s_i)表示选择s_i时的带来的视频质量增益，C函数表示选择的视频片段可能带来的视频质量切换的负增益，RB函数表示该视频片段的传输在减少重新缓冲方面的正向增益；

表示选择的视频片段可能带来的视频质量切换的负增益的C函数表达式如下：

C(s_i)＝|f(s′_i+s_i)-f(s′_i-1)|+|f(s′_i+s_i)-f(s′_i+1)|

表示该视频片段的传输在减少重新缓冲方面的正向增益的RB函数表达式如下：

T_max表示请求视频片段基本层的最大延迟时间；

(4)根据视频上传优化模型和视频下载优化模型的优化目标进行调度决策，确定上传与下载的视频块编号以及选择的编码层数。