一種基于自由初始碼率的自適應(yīng)移動(dòng)視頻傳輸方法

陳晶 王博

摘要：受網(wǎng)絡(luò)吞吐量及穩(wěn)定性等因素影響，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)體驗(yàn)欠佳。為了提升移動(dòng)視頻用戶體驗(yàn)質(zhì)量（QoE，Quality of Experience），本文提出一種自由視頻碼率選擇算法，不再對(duì)所有用戶使用統(tǒng)一的低等級(jí)初始碼率，而根據(jù)用戶不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來(lái)確定碼率自適應(yīng)傳輸?shù)某跏家曨l碼率;同時(shí)，在視頻播放過(guò)程中控制碼率平穩(wěn)變化。仿真實(shí)驗(yàn)利用Matlab軟件，采用“停等”策略模擬LTE網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)視頻傳輸，以QoE評(píng)分為性能度量，驗(yàn)證本文方法的有效性。

關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò);初始視頻碼率選擇;碼率自適應(yīng);用戶體驗(yàn)質(zhì)量（QoE）

中圖分類(lèi)號(hào)：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）10-0099-01

0 引言

隨著無(wú)線通信技術(shù)和智能手持設(shè)備的迅速發(fā)展，移動(dòng)視頻已成為人們獲取信息的主要方式。建筑物、車(chē)輛、樹(shù)木等都可能影響無(wú)線通信信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)吞吐的動(dòng)態(tài)變化又會(huì)影響視頻傳輸?shù)姆€(wěn)定性，容易引起畫(huà)面的重影、抖動(dòng)、花屏等現(xiàn)象。為了保證移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)QoE，碼率自適應(yīng)傳輸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過(guò)用戶主動(dòng)匹配下載速率和視頻碼率來(lái)減少視頻播放過(guò)程中的卡頓事件，以改善移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)QoE。首先，在服務(wù)器端，將同一視頻內(nèi)容以不同碼率編碼（如標(biāo)清、高清、超高清），進(jìn)一步將每種碼率版本分割為一組等時(shí)長(zhǎng)的視頻片段。其次，在用戶端借助碼率自適應(yīng)方法，動(dòng)態(tài)調(diào)整下一個(gè)視頻片段的碼率。本文提出一種基于自由初始碼率的自適應(yīng)移動(dòng)視頻傳輸方法，不再對(duì)所有用戶使用統(tǒng)一的低等級(jí)初始碼率，而根據(jù)用戶不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來(lái)確定碼率自適應(yīng)傳輸?shù)某跏家曨l碼率;同時(shí)，在視頻播放過(guò)程中控制碼率平穩(wěn)變化，從而為用戶提供平滑的觀看體驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)利用Matlab，采用“停等”策略模擬LTE網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)視頻傳輸，對(duì)比了本文方法與傳統(tǒng)方法的QoE評(píng)分。

1 自適應(yīng)視頻傳輸

在自適應(yīng)視頻傳輸條件下，可測(cè)得Ti時(shí)間內(nèi)播放不同碼率視頻文件Mi，的丟包率變化情況。統(tǒng)計(jì)Ti時(shí)間內(nèi)，丟包率為L(zhǎng)i級(jí)的視頻片段占多少分鐘，并由此計(jì)算播放視頻Mi時(shí)，丟包率為L(zhǎng)i級(jí)的概率，即P（Lc|Mi）。

（1）只有當(dāng)P（Lc|Mi）>Pc的時(shí)候，才將Mi列入選擇范圍。其中，Pc為經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)定Pc= 60%。需要注意的是，當(dāng)設(shè)定Pc較小時(shí)，可供選擇的視頻碼率較多，而當(dāng)Pc較大時(shí)，可供選擇的視頻碼率較少。于是，可以得到Ti時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)可支持選擇的視頻碼率的視頻集合M={M1，……，Mj，……，Mn}，集合中的視頻保證了基本的“畫(huà)面流暢度”和“畫(huà)面質(zhì)量”。

（3）獲得Ti時(shí)間內(nèi)，播放Mj的概率P（Mj|Lc ）后， 以此概率排序，最終把P（Mi|Lc ）值最大的Mj確定為初始視頻碼率。后續(xù)視頻播放過(guò)程中的碼率選擇將以減少碼率切換為目標(biāo)，通過(guò)提升視頻流暢程度，改善用戶的移動(dòng)視頻體驗(yàn)。

2 移動(dòng)視頻QoE建模

目前，QoE已經(jīng)成為了評(píng)價(jià)視頻服務(wù)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，提高QoE是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理的終極目標(biāo)。華為mLAB、牛津大學(xué)、北京大學(xué)共同研究發(fā)現(xiàn)：初始時(shí)延、視頻碼率、碼率變化、卡頓時(shí)長(zhǎng)是影響視頻業(yè)務(wù)QoE的四個(gè)主要因素?？紤]到QoE與視頻碼率成正比，本文將視頻碼率分為五個(gè)等級(jí)Di（i=1，2，3，4，5），分別對(duì)應(yīng)的QoE評(píng)分值為1，2，3，4，5，即視頻碼率越高，QoE評(píng)分值越大，用戶滿意度越高。

3 傳輸性能對(duì)比

仿真實(shí)驗(yàn)利用Matlab，采用“停等”策略模擬LTE網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)視頻傳輸，以QoE為度量，對(duì)比了本文方法與傳統(tǒng)以最小碼率為初始視頻碼率且不考慮碼率平穩(wěn)切換的自適應(yīng)傳輸方法。本文方法在0s～16s時(shí)間范圍內(nèi)的QoE評(píng)分有明顯提升;后續(xù)視頻播放過(guò)程中，由于本文方法以較平穩(wěn)的方式進(jìn)行碼率切換，有效避免了碼率劇烈抖動(dòng)給用戶的影響，因此在同樣的網(wǎng)絡(luò)條件下，本文方法的QoE值仍然保持優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，移動(dòng)視頻類(lèi)多媒體業(yè)務(wù)將迎來(lái)紅利。5G技術(shù)將助力音視頻內(nèi)容的穩(wěn)定、安全傳輸，滿足用戶日益增加的高品質(zhì)服務(wù)需求。配合高效的碼率自適應(yīng)視頻傳輸方法，移動(dòng)視頻系統(tǒng)將更加智能、高效、便捷，與各行各業(yè)技術(shù)匹配度更高，即使在網(wǎng)絡(luò)條件較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)，也能實(shí)時(shí)交付清晰的移動(dòng)視頻服務(wù)，全面提升各行業(yè)的信息化水平，真正做到跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、跨地域的零距離溝通。

參考文獻(xiàn)

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