一种自适应码率视频直播的QoE监控和优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字视频技术领域，涉及一种视频QoE监控和优化方法，具体涉及一 种在移动网络环境下自适应码率视频直播的QoE监控和优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能手机和平板电脑成为移动设备的主力军，移动视频业务已经成为人们日 常生活的一部分。移动视频业务量在2012年和2017间将会增长75%，这一速率是所有移 动应用业务中最尚的。
[0003] QualityofExperience，简称QoE，即体验质量，指的是用户对设备、网络和系统、 应用或业务的质量和性能的主观感受。
[0004] HTTPAdaptiveStreaming简称HAS，即HTTP自适应码流传输技术。这种传输方 式是以HTTP为基础的流媒体自适应传输方式。它的传输动作类似于流媒体，但是实际上基 于HTTP协议渐序性下载。在这种传输方案中，音视频节目被编码切分成许多不同码率的小 的数据片，实现持续的小数据的下载，而不是一个大文件的连续下载。HAS的传输特点是从 同一个源产生多个不同码率的节目流以适应不同的带宽和不同的设备类型，自适应分发文 件以及码流传输的变化都是适应有效网络吞吐量和可用的CPU资源。所有的操作对用户都 是透明的，节目流的切换都在后台进行。
[0005] HAS技术已经成为一种广泛使用的互联网视频传输形式。不同的IT、软件以 及互联网企业已经看到了未来互联网电视发展趋势，纷纷推出自己的解决方案，比如 Apple公司的HTTPLiveStreaming(HLS)协议，Microsoft公司的MicrosoftSmooth Streaming(MSS)协议和Adobe公司的HTTPDynamicStreaming(HDS)协议。3GPP,MPEG,and 0IPF(0penIPTVForum)已经完成了一些标准化的工作，其中最著名的就是3GPP组织的基 于HTTP协议传输动态自适应码流的技术。TDG的研究报告显示，到了 2015年，HAS技术将 会支持51 %的网络视频。为了保证用户在移动设备上更好的视频观看体验，HAS逐渐成为 许多视频网站和内容提供商所采用的主要解决办法。
[0006]Apple公司提出的HTTPLiveStreaming(HLS)也是一种基于HTTP的流媒体传输 协议，可实现流媒体的直播和点播，可应用于i〇s设备，安卓系统，PC平台。它的工作原理与 其他HAS传输方案相似，在流媒体播放过程中，客户端根据当前网络带宽等资源状况的变 化，从所产生的不同码率的切片文件选出合适的流媒体文件下载播放。如图1所示为HLS直 播系统组成结构图，图2所示为该系统的信令交互图。该系统整体上由服务器端（Server)， 分发部分（Distribution)和客户端（Client)三部分组成。服务器端主要完成视频编码和 切片任务，由编码器（mediaencoder)和切片工具（streamsegmenter)等组成，分发部分 事实上是一个web服务器（originwebserver)，客户端为最终用户观看直播所用到的终端 设备。HLS方案具体工作流程如下：
[0007] 1、编码器对采集的视频源（Audio/Videoinputs)进行H.264视频编码和AAC音 频编码，视频和音频数据被封装为MPEG2-TS(MPEG-2transportstream)流输出；
[0008] 2、切片工具对输入的视频流进行切片，将MPEG2-TS流切分成一定时长（一般为2 秒到10秒）的分片文件（*.ts)并缓存，以及生成索引文件（indexfile)主m3u8文件和 副m3u8文件，m3u8文件是HTTPLiveStreaming直播的索引文件，主m3u8文件包含所有 可用码率的对应副m3u8文件列表：结构如下：
[0009]
[0010] 上述主m3u8文件包含了 6种可用的码率。
[0011] 副m3u8文件包含该码率下所有已产生切片文件的URL地址，副m3u8文件会随着 新生成的ts切片文件而更新列表，其结构如下：
[0012]
[0013] 这些生成的文件会一并存入到web服务器中；
[0014] 3、客户端发出直播请求，直接输入主m3u8文件的地址（HTTP)加载文件。
[0015] 4、Web服务器接收到请求，向客户端发送主m3u8文件。
[0016] 5、紧接着Web服务器向客户端发送一段低码率的视频切片文件，以保证在开始播 放时缓冲时间尽可能短，使用户可以快速地启动观看直播。与此同时，客户端根据主m3u8 文件内容中的信息与当前的网络状况来决定下次请求播放的片段的码率。
[0017] 6、客户端加载合适码率的副m3u8文件并读取其中切片的URL，服务器接受请求将 该副m3u8文件所包含的对应码率的ts切片发送至客户端，客户端播放。
[0018] 7、在整个HLS直播过程中，切片工具所产生的新切片文件会不断存入到Web服务 器中，副m3u8文件内容也会实时地更新。
[0019] 8、重复 6-7。
[0020] 在Apple的HLS协议以及与其类似的其他HAS直播方案中，所有时间切片的时间 长度都是相等且固定不变的。HLS直播系统本身要求在开始进行直播时，客户端缓存中要保 证有两个切片文件。
[0021] -般情况下，当播放端在进行码率切换时会产生延迟。特别是当播放端加载速率 剧烈变化时，码率的改变会十分频繁，客户端很可能会出现直播卡顿的现象，大大降低了用 户体验。
[0022] 我们考虑一种极端情况：假设当前客户端的网络带宽是500kbps，在客户端缓存 中同样存有两个长度为5s，码率为500kbps的TS切片。这时客户端网络状况变差，带宽变 为200kbps。然而此时正要下载的下一个TS切片的切片长度仍为5s，码率仍为500kbps，贝lj 此时的加载时间为500*5/200 = 12. 5s。而缓存中的两个切片时长一共只有10s(两个时长 为5s的切片），小于下载时长12. 5s，此时将会出现卡顿现象，直播停滞。
【发明内容】
[0023] 本发明的目的是针对现有基于HAS技术实现的存在的直播系统中因为播放端加 载速率剧烈变化而导致的直播卡顿的问题，提出一种自适应码率视频直播的Q〇E监控和优 化方法。
[0024] 本发明的思想是在现有基于HAS技术的直播系统中的直播服务器端加入一个QoE 监控和优化模块（QoEmonitoringandoptimizingmodule,以下简称QM0M)，该模块通过 监听HTTPGET(HTTPGET是一种HTTP请求方法，表示从指定的资源请求数据。通过这种请 求方式，查询字符串（名称/值对）是在GET请求的URL中发送的）信息来监控视频QoE。 这样，编码器和切片工具能够将直播流切分成可变时间长度的片段（VTS)。切片长度会作为 波动的加载速率的反馈而改变。我们将这个模块添加进视频直播系统来避免频繁的码率变 化而造成的直播卡顿。不同的视频码率和不同的切片长度使得直播系统能够最大限度地满 足人们挑剔的视觉感受，提高用户对视频业务的体验质量（QoE)。
[0025] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0026] 一种自适应码率视频直播的QoE监控和优化方法，该方法基于HAS直播系统，服务 器持续不断监听客户端码率变化情况，当客户端码率发生变化时，降低切片AT时间长度， 否则提高AT时间长度，并按照提高或降低后的切片时间长度通知切片工具进行切片，无 论降低还是提高，最终切片的时间长度应该在[Min，Max]范围内，其中Min表示预设的最短 时间，Max表示预设的最长时间。
[0027] 作为优选，所述服务器持续不断监听客户端码率变化情况通过客户端定期向服务 器发送包含客户端当前码率信息的HTTPGET，服务器从HTTPGET中获取码率信息并与之前 的码率相比较实现。
[0028] 作为优选，所述定期为每当客户端播放下一个切片前。
[0029] 作为优选，所述码率变化以连续2次与前次码率不同作为码率发生了变化的基 准，以此来克服瞬时变化带来的频繁时间切片长度变更。
[0030] 作为优选，所述通知采用消息（message)机制实现。
[0031 ] -种自适应码率视频直播的QoE监控和优化模块（QM0M)，该模块包括直接相连的 客户端请求单元和服务器端监控单元，客户端请求单元用于定期向服务器端监控单元汇报 客户端当前码率，服务器端监控单元用于根据客户端请求单元发来的码率判断其网速是否 产生变化，并根据网速是否变化来降低或提高切片长度，并通知切片工具按新的切片长度 进行