利用多重连接实现SVC与DASH相结合的方法及系统.pdf

本发明公开利用多重连接实现SVC与DASH相结合的方法及系统，方法包括步骤：服务器端通过段层分片器对每一SVC文件分成一个包含多个段层的段层文件组，并用MPD文件描述段层文件组的视频信息；客户端下载MPD文件并解析，通过多重连接方式获取段层，然后在SVC媒体处理层组帧及解码播放。本发明利用多重连接方式实现可伸缩视频编解码与基于HTTP的动态自适应流技术的结合传输方案。在本发明中，每一个视频段根据编码结构分为多段层，每个层段的内容在HTTP服务器上作为一个单独的文件存储。本发明能改善大的链路延迟的流媒体质量。

1.  利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其特征在于，包括步骤：
服务器端通过段层分片器对每一SVC文件分成一个包含多个段层的段层文件组，并用一MPD文件描述段层文件组的视频信息；
客户端下载MPD文件并解析，通过多重连接方式获取段层，然后在SVC媒体处理层组帧及解码播放。

2.  根据权利要求1所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其特征在于，客户端下载MPD文件后，通过段层请求选择组件对段层的请求进行选择；通过连接管理器组件来管理不同段层的连接；通过增强层选择策略组件来选择增强层。

3.  根据权利要求2所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其特征在于，通过段层请求选择组件对段层的请求进行选择的步骤具体包括：
B1、获取n_min路基本段层,n_min为最小连接数；
B2、获取可用缓存值bl，并将bl与缓存阈值进行比较；
B3、当bl≤B_min时，请求基本段层；当B_min<bl≤B_target时，请求基本段层和若干增强层；当bl>B_target时，请求所有增强层；B_min为最低阈值，B_target为目标阈值。

4.  根据权利要求2所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其特征在于，通过连接管理器组件来管理不同段层的连接具体包括：
B1’、计算段持续获取率SD表示收到段层的持续时间和SFT表示获取该段层所用的时间；
B2’、判断μ是否大于1，当是时进入步骤B3’，当否时，转入步骤B6’；
B3’、估计现有带宽r_prev，并计算下载两个后续段层所需带宽r_nxt；
B4’、计算带宽需求和现有带宽的比率e＝r_nxt/r_prev；
B5’、判断初始打开连接的数量n_c是否小于且段持续获取率μ是否大于e，当满足时，进入步骤B7’；当不满足时进入步骤B8’，表示连接数量上限；
B6’、判断n_c是否大于当是时进入步骤B9’，否则进入步骤B8’，表示连接数量下限；
B7’、开辟新的连接请求新的段层；
B8’、利用现有连接请求新的段层；
B9’、带宽不足，关闭一个高层段层连接。

5.  根据权利要求2所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其特征在于，所述增强层选择策略组件提供三种选择策略：水平选择策略、垂直选择策略及无关选择策略。

6.  根据权利要求2所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其特征在于，所述MPD文件包括段ID、层ID、段层URL、段层时长和层的大小。

7.  根据权利要求2所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其特征在于，所述每个段层的内容在HTTP服务器上作为一个单独的文件存储。

8.  利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输系统，其特征在于，包括服务器端和客户端，其中，
服务器端用于通过段层分片器对每一SVC文件分成一个包含多个段层的段层文件组，并用MPD文件描述段层文件组的视频信息；
客户端用于下载MPD文件并解析，通过多重连接方式获取段层，然后在SVC媒体处理层组帧及解码播放。

9.  根据权利要求8所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的 传输系统，其特征在于，所述客户端包括：
段层请求选择组件，用于对段层的请求进行选择；
连接管理器组件，用于管理不同段层的连接；
增强层选择策略组件，用于选择增强层。

10.  根据权利要求8所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输系统，其特征在于，所述MPD文件包括段ID、层ID、段层URL、段层时长和层的大小。

利用多重连接实现SVC与DASH相结合的方法及系统
技术领域
本发明涉及流媒体领域，尤其涉及利用多重连接实现SVC与DASH相结合的方法及系统。
背景技术
由于HTTP传输方式的防火墙穿越能力以及其可重用的完善的基础网络设施，这使得基于HTTP的动态自适应流(DASH，Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)成为拥有长足发展潜力的多媒体流传输方案。与此同时，可伸缩视频编码(SVC，Scalable Video Coding)也因为它允许高效的媒体存储和缓存，SVC文件结构模型如图1所示，而拥有同样的发展前景。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供利用多重连接实现SVC与DASH相结合的方法及系统，旨在实现无中断媒体流传输和改善流媒体质量。
本发明的技术方案如下：
利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其中，包括步骤：
服务器端通过段层分片器对每一SVC文件分成一个包含多个段层的段层文件组，并用一MPD文件描述段层文件组的视频信息；
客户端下载MPD文件并解析，通过多重连接方式获取段层，然后在SVC媒体处理层组帧及解码播放。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其中，客户端下载MPD文件后，通过段层请求选择组件对段层的请求进行选择；通 过连接管理器组件来管理不同段层的连接；通过增强层选择策略组件来选择增强层。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其中，通过段层请求选择组件对段层的请求进行选择的步骤具体包括：
B1、获取n_min路基本段层,n_min为最小连接数；
B2、获取可用缓存值bl，并将bl与缓存阈值进行比较；
B3、当bl≤B_min时，请求基本段层；当B_min<bl≤B_target时，请求基本段层和若干增强层；当bl>B_target时，请求所有增强层；B_min为最低阈值，B_target为目标阈值。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其中，通过连接管理器组件来管理不同段层的连接具体包括：
B1’、计算段持续获取率SD表示收到段层的持续时间和SFT表示获取该段层所用的时间；
B2’、判断μ是否大于1，当是时进入步骤B3’，当否时，转入步骤B6’；
B3’、估计现有带宽r_prev，并计算下载两个后续段层所需带宽r_nxt；
B4’、计算带宽需求和现有带宽的比率e＝r_nxt/r_prev；
B5’、判断初始打开连接的数量n_c是否小于且段持续获取率μ是否大于e，当满足时，进入步骤B7’；当不满足时进入步骤B8’，表示连接数量上限；
B6’、判断n_c是否大于当是时进入步骤B9’，否则进入步骤B8’，表示连接数量下限；
B7’、开辟新的连接请求新的段层；
B8’、利用现有连接请求新的段层；
B9’、带宽不足，关闭一个高层段层连接。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其中，所 述增强层选择策略组件提供三种选择策略：水平选择策略、垂直选择策略及无关选择策略。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其中，所述MPD文件包括段ID、层ID、段层URL、段层时长和层的大小。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输方法，其中，所述每个段层的内容在HTTP服务器上作为一个单独的文件存储。
利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输系统，包括服务器端和客户端，其中，
服务器端用于通过段层分片器对每一SVC文件分成一个包含多个段层的段层文件组，并用MPD文件描述段层文件组的视频信息；
客户端用于下载MPD文件并解析，通过多重连接方式获取段层，然后在SVC媒体处理层组帧及解码播放。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输系统，其中，所述客户端包括：
段层请求选择组件，用于对段层的请求进行选择；
连接管理器组件，用于管理不同段层的连接；
增强层选择策略组件，用于选择增强层。
所述的利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输系统，其中，所述MPD文件包括段ID、层ID、段层URL、段层时长和层的大小。
有益效果：本发明利用多重连接方式实现可伸缩视频编解码与基于HTTP的动态自适应流技术的结合传输方案。在本发明中，每一个视频段根据编码结构分为多段层，每个层段的内容在HTTP服务器上作为一个单独的文件存储。本发明能改善大的链路延迟的流媒体质量。
附图说明
图1为SVC文件格式模型示意图。
图2为SVC-DASH分片模型示意图。
图3为SVC-DASH分片后的段层文件块模型示意图。
图4为多重连接实现的SVC-DASH系统框架模型示意图。
图5为段层请求选择组件的原理图。
图6为增强层选择策略组件的原理图。
具体实施方式
本发明提供利用多重连接实现SVC与DASH相结合的方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明结合可伸缩视频编码技术(SVC)和基于HTTP的动态自适应流(DASH)的媒体流传输方案(多重连接实现的SVC-DASH)能在所有宽带和连接配置环境下成功地实现无中断媒体流传输。并且能明显改善大的链路延迟的流媒体质量。
本发明的传输方法基本思想：如图2所示，多重连接实现的SVC-DASH服务器维持一个SVC段层文件组和SVC段层文件组描述文件MPD(Media Presentation Description)。如图3所示，多重连接实现的SVC-DASH客户端在获取MPD文件后通过多重连接方式获取段层文件，再在上层SVC媒体处理层组帧及解码播放。
多重连接实现的SVC-DASH客户端在底层实现三个用于多重连接请求与管理的组件：如图4所示，段层请求选择组件，连接管理器组件，增强层选择策略组件。
其中，段层请求选择组件采用缓存水平控制的方式来对于段层的请求做选择。
连接管理器组件根据网络状况开辟或关闭新的段层连接。
增强层选择策略组件保证在所有段层文件播放时间到来前下载到本地客户端。以此，本发明提出三种可供选择的策略：水平选择策略、垂直选择策略以及无关选择策略。
多重连接实现的SVC-DASH的HTTP流媒体客户端执行的第一步是下载MPD文件并解析获得的视频信息。多重连接实现的SVC-DASH传输方案中每一个视频段根据编码结构分为多段层。
在服务器端，每个SVC文件都通过SVC-DASH服务器的段层分片器分成一个段层文件组(多个段层)，并用一个MPD(Media Presentation Description)文件描述整个段层文件组的信息，如图2所示。每个段层的内容在HTTP服务器上作为一个单独的文件存储。描述段层文件组的MPD信息包括：段ID、层ID、段层URL、段层时长和层的大小。其中，段ID可用于识别传输段的计时信息。
多重连接实现的SVC-DASH客户端在收到MPD信息之后，其操作基于三个交互组件，包括段层请求选择组件，连接管理器组件，增强层选择策略组件。
段层请求选择组件采用缓存水平控制方式来对于段层的请求做选择。基于这样的原理，可以根据不同的网络状况来获取相应的不同质量的媒体流。
连接管理组件用于管理不同段层的连接。其原理是根据网络状况开辟或关闭新的连接。在网络带宽充足时候，开辟新的连接来下载增强层以获取更高质量的媒体流，在网络带宽有限时候维持现有连接或关闭一些增强层连接以保证播放的流畅。
增强层选择策略组件，基本原理是在所有段层在播放时间到来前将下载到本地客户端。以此，提供三种选择的策略：水平选择策略、垂直选择策略以及无关选择策略。
下面分别对三种交互组件进行具体说明：
1、段层请求选择组件
段层请求选择组件最初获得n_min(n_min代表最小连接数)路基本段层。在获取到一个完整段层连接c，多重连接实现的SVC-DASH将决定一个基于基本水平段层的请求，这个请求决定请求段层的质量度。
该原理需要定义两个程序缓存水平阀，分别为B_min和B_max。B_min和B_max分别表示最低阈值和最高阈值的数据保存在缓冲区，以适应网络状态的变化，而B_target代表程序操作的目标阈值。段层请求选择组件的基本策略：通过下载增强层来提高流媒体质量缓存水平。此外，段层请求选择组件在低缓存水平时为避免流终端而维护用户体验质量低的只有基本段层的缓存水平。组件原理的整个流程如图5所示，其包括：
S101、获取n_min路基本段层；
S102、获取可用缓存值bl，并将bl与缓存阈值进行比较；
S103、当bl≤B_min时，请求基本段层；
S104、当B_min<bl≤B_target时，请求基本层和若干增强层；
S105、当bl>B_target时，请求所有增强层。
2、连接管理器组件
连接管理器管理组件是多重连接实现的SVC-DASH客户端所使用连接动态信息的管理组件。原理假定初始打开连接的数量(定义为n_c)，其中表示连接数量下限，表示连接数量上限。当接收到段层时，连接的数量将发生变化。基于段持续获取率来评估媒体流性能表现，SD表示收到段的持续时间和SFT表示获取这段所用的时间。其中，μ值越大表明可用带宽越大，反之亦然。因此，段层连接c上有一个新的段层被请求有如下条件。如果且有充足的带宽下载两个段，一个额外的段可能会在一个新的连接上被请求。如果下载两个被选中的段层所需的带宽(r_nxt表示)与估计的连接带宽(r_prev)的比率e小于段持续获取率u，此时满足带宽充足 条件。为此,值得注意的是，所有的决策参数在应用程序层是可用的或很容易测量，不存在交互过程的任何额外的开销。图6展示了连接管理器组件设计原理的整个流程，其包括步骤：
S201、计算段持续获取率
S202、判断μ是否大于1，当是时进入步骤S203，当否时，转入步骤S206；
S203、估计现有带宽r_prev，并计算下载两个后续段层所需带宽r_nxt；
S204、计算带宽需求和现有带宽比率e＝r_nxt/r_prev；
S205、判断初始打开连接的数量n_c是否小于且段持续获取率μ是否大于e，当满足时，进入步骤S207；当不满足时进入步骤S208；表示连接数量上限；
S206、判断n_c是否大于当是时进入步骤S209，否则进入步骤S208；表示连接数量下限；
S207、开辟新的连接请求一个新的段层；
S208、利用现有连接请求段层；
S209、带宽不足，关闭一个高层段层连接。
3、增强层选择策略组件
第三个为多重连接实现的SVC-DASH客户端设计的组件是增强层选择策略组件。一般来说,这一策略应确保任何被选择的段层在播出时间之前被收到。这里本发明提出三种选择策略：水平选择策略、垂直选择策略以及无关选择策略。
水平选择策略：除非n-1层的所有段层都已经下载，否则不能请求n层的任何段层。这一策略旨在减少接收到的视频质量的变化。
垂直策略：这种策略其要求较高，其下载段i+1增强段层之前下载段i所有增强段层。
无关选择策略：估计准确预计接待时间，TCP性能取决于几个因素：包括链接参数(如带宽、延迟和可靠性)和TCP参数(如初始窗口大小和拥塞控制算法)。本发明中，一个新开的连接将平分连接c的估计带宽。
基于上述方法，本发明还提供利用多重连接实现SVC与DASH相结合的传输系统，其包括服务器端和客户端，其中，
服务器端用于通过段层分片器对每一SVC文件分成一个包含多个段层的段层文件组，并用MPD文件描述段层文件组的视频信息；
客户端用于下载MPD文件并解析，通过多重连接方式获取段层，然后在SVC媒体处理层组帧及解码播放。
进一步，所述客户端包括：
段层请求选择组件，用于对段层的请求进行选择；
连接管理器组件，用于管理不同段层的连接；
增强层选择策略组件，用于选择增强层。
进一步，所述MPD文件包括段ID、层ID、段层URL、段层时长和层的大小。关于上述模块单元的技术细节在前面的方法中已有详述，故不再赘述。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。