[發明專利]基于擴展視頻編碼的直播視頻流傳輸自適應調度方法

有效

• 申請號: 202210402431.5
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114900706B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 張彤;陳傲;朱琨
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04N21/2187
• 分類號: H04N21/2187;H04N21/262;H04N19/30;H04N19/70
• 代理公司: 南京合礪專利商標代理事務所(普通合伙) 32518
• 代理人: 許云花

1.一種基于擴展視頻編碼的直播視頻流傳輸自適應調度方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)進行視頻分層編碼的基本設置，包括設置視頻流的編碼層數，確定基本層碼率大小以及各個增強層的碼率大小，且建立帶寬預測模型，預測系統的可用帶寬；

所述的帶寬預測模型表達式如下：

B(k)表示當前時間的可用帶寬，y(k)表示根據信道的狀態信息計算的可用帶寬，下一個時間周期內的可用帶寬B(k+1)由當前時間內的可用帶寬B(k)與過程噪聲w(k)組成，計算值y(k)與真實的可用帶寬B(k)的差異用計算噪聲v(k)來表示；

在帶寬預測模型中，假設過程噪聲w(k)和計算噪聲v(k)為獨立的Gauss白噪聲，且服從正態概率分布，其方差分別記為：

Q＝E[w(k)·w(k)^T]

R＝E[v(k)·v(k)^T]

在當前的時間周期內，根據信道的狀態信息計算的可用帶寬為y(k)，上一個時間周期內預測的可用帶寬為B(k|k-1)，則當前時間內可用帶寬的估計值為：

其中：表示實際可使用帶寬與預測帶寬之間的預測誤差，表示利用預測誤差對上一次預測所進行的修正；

修正值與上一次的預測值之和則為當前時間可用帶寬的估計值，然后進行下一個時間周期內可用帶寬的預測，計算過程如下：

權值Km(k)稱為Kalman增益，按下式計算：

P(k|k-1)是可用帶寬預測的誤差矩陣，按下列公式進行迭代計算：

P(k|k)＝(1-Km(k))P(k|k-1)

P(k+1|k)＝P(k|k)+Q；

(2)構建視頻發送端的視頻上傳優化模型和約束條件，視頻上傳優化模型根據觀眾選擇的延遲信息，從未上傳的視頻片段中確定待上傳的視頻段，包括從尚有增強層未發送的視頻片段集合中，確定滿足帶寬約束條件下能使目標函數最大的視頻片段增強層；

所述視頻上傳優化模型中，用于表達傳輸視頻段能夠獲得的視頻質量收益的優化目標函數表達式如下：

maximize obj＝w_fQ(s_f)+w_gQ(s_g)

其中s_f表示實時生成的視頻片段的基本層，w_f表示選擇s_f時的權重，w_g表示選擇s_g時的權重，Q(s_f)表示選擇s_f時的帶來的視頻質量增益,s_g表示選擇發送的視頻片段的增強層；

權重w_f為所有觀眾數量總和，其表達式如下所示：

N(t)表示觀看延遲時間為t的觀眾人數，權重w_g表示觀眾觀看延遲時間不同帶來的影響，由觀看延遲在s_g之后的觀眾數量總和確定，其表達式如下所示：

在上述表達式中，T_u表示當前實時觀眾觀看的時間，T_g表示s_g的延遲播放時間；

Q(s_i)表示選擇s_i時的帶來的視頻質量增益，其表達式如下：

Q(s_i)＝f(s′_i+s_i)-f(s_i)

f(s_i)表示s_i所擁有視頻顯示質量，s'_i表示已經發送的第i個視頻片段，所述方法中，視頻顯示質量函數表示如下：

在上述表達式當中s_min表示一個視頻片段能夠播放的最低質量；

(3)構建視頻接收端的視頻下載優化模型和約束條件，對視頻接收端進行用戶觀看綜合體驗的分析，從視頻顯示效果、視頻質量切換以及視頻播放卡頓三個方面對用戶視頻觀看感受進行量化，并以此作為優化目標；

所述的視頻下載優化模型中，其優化目標函數表示如下：

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

式中，θ₁-θ₃分別表示視頻質量增益、視頻質量切換的負增益、減少重新緩沖方面的正向增益這三部分的權重，為可調整參數，Q(s_i)表示選擇s_i時的帶來的視頻質量增益，C函數表示選擇的視頻片段可能帶來的視頻質量切換的負增益，RB函數表示該視頻片段的傳輸在減少重新緩沖方面的正向增益；

表示選擇的視頻片段可能帶來的視頻質量切換的負增益的C函數表達式如下：

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

表示該視頻片段的傳輸在減少重新緩沖方面的正向增益的RB函數表達式如下：

T_max表示請求視頻片段基本層的最大延遲時間；

(4)根據視頻上傳優化模型和視頻下載優化模型的優化目標進行調度決策，確定上傳與下載的視頻塊編號以及選擇的編碼層數。