[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

说明书

本发明公开了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，属于视频传输技术领域，该方法根据可分层视频编码的特征对视频传输片段以及不同分层进行选择，从而完成视频传输码率的在线自适应。本发明所述方法对视频传输的上传部分以及下载部分的传输调度进行了约束以及优化，主要包括以下步骤：先完成视频分层编码的各层设置，并建立网络带宽的预测模型，然后对视频上传部分的传输调度进行约束并完成约束下的优化，最后对视频下载部分的传输调度进行约束并完成约束下的优化。

技术领域

本发明属于频传输技术，具体涉及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。

背景技术

直播视频传输技术是对实时生成的视频流进行实时传输的技术。直播视频传输从总体上可以分为两个部分，视频的编码与上传以及视频的下载解码，就使用高级视频编码(Advanced Video Coding,AVC)的视频流来说，直播视频流的传输过程包括以下几个步骤，首先直播发起者获取原始视频流，并对其进行编码以及封装，将封装好的视频块传输至流媒体服务器，流媒体服务器对其进行解码，并重新编码为不用码率的视频块，以应对不同质量需求的视频请求，最后将视频发送至接收端。在这个过程中为了提高视频播放的质量，可以使用视频自适应码率(Adaptive Bitrate,ABR)方法，该方法能够根据网络状态、本地缓存量等因素，选择适当码率的视频块进行下载，实现提升视频质量、减少播放卡顿和码率切换频率之间的权衡和优化。

由于可伸缩视频编码在大幅节约视频服务器存储空间，以及在空间、时间和质量等维度精确控制视频质量等方面的优势，因此面向可伸缩编码视频码率自适应选择方法及系统具备广阔的应用前景。当前面向SVC的码率自适应选择尚处于起步阶段，现有方法引入对编码方式、编码层数的选择，虽然能够在一定程度上提高码率选择的灵活度，并减少转码带来的时间空间损耗，但是并没有能够充分利用SVC带来的决策空间扩大的优势，有待完成ABR方法与SVC的深度融合与优化。

发明内容

发明目的：本发明提供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，实现对以视频显示质量、视频质量切换以及视频播放卡顿这三个方面为主的视频收看体验的综合提升。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下。

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，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；

(2)构建视频发送端的视频上传优化模型和约束条件，该模型根据观众选择的延迟信息，从未上传的视频片段中选择待上传的视频段，包括从尚有增强层未发送的视频片段集合中，选出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；

(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；

(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。

进一步的，步骤(1)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)都为独立的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]