一種基于自由初始碼率的自適應移動視頻傳輸方法

陳晶 王博

摘要：受網絡吞吐量及穩定性等因素影響，無線網絡中的移動視頻業務體驗欠佳。為了提升移動視頻用戶體驗質量（QoE，Quality of Experience），本文提出一種自由視頻碼率選擇算法，不再對所有用戶使用統一的低等級初始碼率，而根據用戶不同的網絡狀態來確定碼率自適應傳輸的初始視頻碼率;同時，在視頻播放過程中控制碼率平穩變化。仿真實驗利用Matlab軟件，采用“停等”策略模擬LTE網絡中的實時視頻傳輸，以QoE評分為性能度量，驗證本文方法的有效性。

關鍵詞：無線網絡;初始視頻碼率選擇;碼率自適應;用戶體驗質量（QoE）

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）10-0099-01

0 引言

隨著無線通信技術和智能手持設備的迅速發展，移動視頻已成為人們獲取信息的主要方式。建筑物、車輛、樹木等都可能影響無線通信信號，網絡吞吐的動態變化又會影響視頻傳輸的穩定性，容易引起畫面的重影、抖動、花屏等現象。為了保證移動視頻業務QoE，碼率自適應傳輸技術應運而生。該技術通過用戶主動匹配下載速率和視頻碼率來減少視頻播放過程中的卡頓事件，以改善移動視頻業務QoE。首先，在服務器端，將同一視頻內容以不同碼率編碼（如標清、高清、超高清），進一步將每種碼率版本分割為一組等時長的視頻片段。其次，在用戶端借助碼率自適應方法，動態調整下一個視頻片段的碼率。本文提出一種基于自由初始碼率的自適應移動視頻傳輸方法，不再對所有用戶使用統一的低等級初始碼率，而根據用戶不同的網絡狀態來確定碼率自適應傳輸的初始視頻碼率;同時，在視頻播放過程中控制碼率平穩變化，從而為用戶提供平滑的觀看體驗。仿真實驗利用Matlab，采用“停等”策略模擬LTE網絡中的實時視頻傳輸，對比了本文方法與傳統方法的QoE評分。

1 自適應視頻傳輸

在自適應視頻傳輸條件下，可測得Ti時間內播放不同碼率視頻文件Mi，的丟包率變化情況。統計Ti時間內，丟包率為Li級的視頻片段占多少分鐘，并由此計算播放視頻Mi時，丟包率為Li級的概率，即P（Lc|Mi）。

（1）只有當P（Lc|Mi）>Pc的時候，才將Mi列入選擇范圍。其中，Pc為經驗值，設定Pc= 60%。需要注意的是，當設定Pc較小時，可供選擇的視頻碼率較多，而當Pc較大時，可供選擇的視頻碼率較少。于是，可以得到Ti時刻網絡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“畫面流暢度”和“畫面質量”。

（3）獲得Ti時間內，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。后續視頻播放過程中的碼率選擇將以減少碼率切換為目標，通過提升視頻流暢程度，改善用戶的移動視頻體驗。

2 移動視頻QoE建模

目前，QoE已經成為了評價視頻服務質量的標準，提高QoE是無線網絡資源管理的終極目標。華為mLAB、牛津大學、北京大學共同研究發現：初始時延、視頻碼率、碼率變化、卡頓時長是影響視頻業務QoE的四個主要因素。考慮到QoE與視頻碼率成正比，本文將視頻碼率分為五個等級Di（i=1，2，3，4，5），分別對應的QoE評分值為1，2，3，4，5，即視頻碼率越高，QoE評分值越大，用戶滿意度越高。

3 傳輸性能對比

仿真實驗利用Matlab，采用“停等”策略模擬LTE網絡中的實時視頻傳輸，以QoE為度量，對比了本文方法與傳統以最小碼率為初始視頻碼率且不考慮碼率平穩切換的自適應傳輸方法。本文方法在0s～16s時間范圍內的QoE評分有明顯提升;后續視頻播放過程中，由于本文方法以較平穩的方式進行碼率切換，有效避免了碼率劇烈抖動給用戶的影響，因此在同樣的網絡條件下，本文方法的QoE值仍然保持優勢。

4 結語

隨著5G時代的來臨，移動視頻類多媒體業務將迎來紅利。5G技術將助力音視頻內容的穩定、安全傳輸，滿足用戶日益增加的高品質服務需求。配合高效的碼率自適應視頻傳輸方法，移動視頻系統將更加智能、高效、便捷，與各行各業技術匹配度更高，即使在網絡條件較差的偏遠地區，也能實時交付清晰的移動視頻服務，全面提升各行業的信息化水平，真正做到跨行業、跨領域、跨地域的零距離溝通。

參考文獻

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