[發明專利]LTE網絡下QoE驅動的視頻碼率自適應和資源分配聯合方法

有效

• 申請號: 201811259339.8
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109327867B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 李凡;楊瑾;馬銳捷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;H04W28/02;H04W24/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種LTE網絡下QoE驅動的視頻碼率自適應和資源分配聯合算法。首先建立了基于視頻段特征和播放信息的QoE預測模型，考慮了視頻段碼率、初始時延、中斷時長、中斷次數和質量波動五種因素。因此該預測模型可以準確的預測出用戶在觀看視頻時的主觀體驗質量。本發明提出的基站全局統一決策的視頻請求和資源分配聯合算法。包括基站根據用戶反饋的緩存信息確定需要分配網絡資源的用戶集；找到當前待分配的RB，計算該RB分配給所有用戶時，用戶請求所用質量版本視頻的QoE及QoE增益值；將當前RB分配給增益值最大的用戶，直到所有的RB分配完畢。本發明綜合考慮用戶的信道情況，在網絡資源有限的前提下，提高LTE網絡中所有用戶觀看視頻的主觀體驗質量。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種LTE網絡下QoE驅動的視頻碼率自適應和資源分配聯合算法。

背景技術

隨著無線接入速率的不斷提高，移動通信的業務類型逐漸從單純的語音和普通的數據業務向豐富的多媒體業務演變，其中主要以視頻業務為主。隨著移動設備的升級，人們開始使用手機、平板電腦等便攜設備在線觀看視頻。目前，多媒體業務，尤其是視頻業務在整個因特網的數據流量中正占據越來越大的比重。

另一方面，用戶對觀看高質量流媒體視頻的需求不斷增加。傳統的流媒體技術采用狀態化的RTP/RTSP協議，當客戶端和流媒體服務器建立連接后，會進行頻繁通信，并且服務器同每個客戶端都要分別會話，這樣無疑加重了網絡負擔；另外，RTSP協議經常出現與防火墻不兼容的情況，影響了用戶體驗。

HTTP動態自適應流(DASH)使用HTTP協議，客戶端可以自行實現流管理，而不再依賴于同服務器維持會話狀態，這樣大大減少網絡開銷。傳輸層使用TCP協議，都是可靠的傳輸協議。因此，DASH消除了傳統RTP/RTSP流媒體技術中的視頻丟包現象。該技術可以根據客戶端的網絡狀態，自適應調整用戶觀看的視頻質量，當用戶網絡良好時，用戶觀看到的高清視頻；當用戶網絡不好時，用戶觀看的視頻質量下降一點，這樣保證用戶正常流暢播放，不至于中斷。不需要業務提供者去考慮收看用戶的帶寬，給用戶提供好的體驗質量。DASH 不需要大的緩存，可以實現邊觀看邊緩存，用戶等待的時間很短。因此DASH將會廣泛應用于流媒體技術中。

DASH中碼率的自適應直接關系到用戶的體驗質量。所以，在資源有限的前提下，如何改善自適應算法使所有用戶整體的體驗質量得到提高成為了研究熱點。

目前的碼率自適應算法，其目標是在有限的網絡資源下，使得整個系統的吞吐量最大，保證用戶可以流暢的觀看視頻。這種算法的優點是優化目標簡單，用戶在觀看視頻時，很少會出現中斷的情況。但是，隨著HTTP動態自適應流的研究深入，用戶的播放中斷時間，播放次數以及視頻碼率的切換頻率，都會影響用戶觀看視頻的感受，只考慮用戶的傳輸速率不能準確的評價用戶的主觀感知。

因此，研究適用于DASH視頻傳輸的QoE模型、碼率自適應算法以及資源分配算法至關重要。

發明內容

針對如何提高DASH中多用戶的視頻質量問題，本發明提供了一個LTE網絡下QoE驅動的視頻碼率自適應和資源分配聯合算法，該算法基于視頻段特征和播放信息的QoE預測模型，并將該模型應用于視頻請求資源分配聯合算法，使得基站可以全局優化，實現所有用戶整體的體驗質量最大。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

LTE網絡下QoE驅動的視頻碼率自適應和資源分配聯合算法，包括以下步驟：

1)分析碼率、初始時延、中斷時間、中斷次數以及質量波動對用戶主觀感知的影響，并基于各個因素的影響曲線建立基于視頻段特征和播放信息的QoE預測模型；

2)用戶向基站反饋緩存區狀態，基站根據用戶的剩余緩存，判斷用戶是否需要分配網絡資源及視頻請求，確定需要分配資源的用戶集K；