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CN104813638A - 用于接收http自适应流视频的方法和客户端装置 - Google Patents

用于接收http自适应流视频的方法和客户端装置 Download PDF

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CN104813638A
CN104813638A CN201380062211.1A CN201380062211A CN104813638A CN 104813638 A CN104813638 A CN 104813638A CN 201380062211 A CN201380062211 A CN 201380062211A CN 104813638 A CN104813638 A CN 104813638A
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CN
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server
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network
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D·德弗莱斯朔韦尔
J·德弗里恩特
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Alcatel Lucent SAS
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Alcatel Lucent SAS
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Abstract

一种用于从服务器接收HTTP自适应流视频的方法，所述方法包括：在可操作地连接到服务器的客户端处，在接收到所述视频的块后，确定从所述服务器到所述客户端的传输的当前传输速率；至少根据所述当前传输速率，获取与预期的未来传输速率有关的统计信息；从所述统计信息中导出目标传输速率；以及根据所述目标传输速率，请求所述视频的后续块。

Description

用于接收HTTP自适应流视频的方法和客户端装置
技术领域
本发明涉及HTTP自适应流传输(HAS)领域，特别地，涉及确定将被请求的块的标称比特率的问题。
背景技术
在开放式因特网上传送视频的重要技术是超文本传输协议(HTTP)自适应流传输(HAS)。该技术具有易于部署的优点，因为它比其它协议更容易穿越防火墙，具有从传输控制协议(TCP)继承的固有拥塞控制，可以利用现有的HTTP基础架构，特别是HTTP缓存和内容分发网络(CDN)节点。
根据HAS的设计原理，视频以不同比特率进行编码，并且客户端可以在指定时刻在这些比特率之间切换。通常，两个连续的切换时间之间的视频区间称为视频片段，而与该区间相关联的比特串称为块(即，存在与比特率版本一样多的可用的不同块)。
目前，还没有完全满意的选择相对于网络性能最适合的块的机制。
发明内容
本发明的目的是提供用于接收HAS视频流的更满意的方法和客户端。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于从服务器接收HTTP自适应流视频的方法，该方法包括：在可操作地连接到服务器的客户端处：在接收到视频的块后，确定从服务器到客户端的传输的当前传输速率；至少根据当前传输速率，获取与预期的未来传输速率有关的统计信息；从统计信息中导出目标传输速率；以及根据目标传输速率，请求视频的后续块。
根据本发明的方法的优点在于：基于当前(可选地，也可以是最近的)传输速率观测以及在统计上与其关联的预期的未来传输速率，预计在传输速率方面的网络性能。这在客户端能够在不同时刻在不同类型的网络上运行时特别有关。特别地，客户端与服务器之间的网络可以包括无线链路(例如，IEEE 802.11WLAN链路、诸如UMTS、3G、LTE等的移动链路、……)和/或有线链路(例如，IEEE 802.3“以太网”链路、PLC链路、xDSL链路、同轴链路等)。通过考虑将(预期的)未来网络行为关联到所观测的行为的统计，可以为目前实际的网络拓扑部署更理想的请求策略。因此，本发明可以用易于评估的度量来实施，即，从服务器到客户端的网络链路上的传输速率。
在根据本发明的方法的实施例中，统计信息包括直方图，导出包括根据直方图计算预定分位数。
该实施例的优点在于：该方法不仅向未来提供当前(可选的，过去的)网络性能的适当推断，而且暗示未来网络性能没有被高估的某个置信水平。后者很重要，因为对网络性能的高估和对太大而鉴于实际的未来网络性能而不能及时传送的块的相关请求可能导致缓冲欠载和在HAS流的最终用户的体验质量上的不可接受的下降(甚至可能是视频图像的“冻结”或完全消失)。
根据操作者和/或用户的需求，可以选择不同的分位数。优选地，选择分位数以覆盖至少50％的最佳情况(此时，所选择的分位数是中位数)或者75％的最佳情况(即，分位数是25百分位)或者甚至95％的最佳情况(即，分位数是95百分位)或者其间任何适合的分位数。
在特定实施例中，分位数是5百分位、1百分位、0.1百分位中的一个。
这些实施例的优点在于可用于提供能够在没有由于网络性能问题而造成的中断的情况下使用流式内容的极大保障水平。
在实施例中，根据本发明的方法还包括用所确定的当前传输速率更新统计信息。
该实施例的优点在于：系统在所观测的网络性能的模式被累积地存储为统计信息以改进后续的目标速速率的的意义上是自主学习的。优选地，不仅使用当前会话的信息，而且还在客户端的若干或全部会话中构建认知(可选地，累积认知)。
在特定实施例中，统计信息从与客户端分离的网络节点获取并在该网络节点处更新，网络节点被配置为存储来自多个客户端的统计信息。
该实施例的优点在于：由于大量客户端的贡献，更准确的统计被收集，因此，对于所涉及的所有客户端实现更好的性能。
在特定实施例中，传输速率信息与诸如相关联的网络类型、一天中的时间或一周中的天的辅助信息关联地存储在网络节点处。
该实施例的优点在于：通过仅使用与正被服务的客户端的实际情况最相关的信息，可以更准确地应用统计信息。
在根据本发明的方法的实施例中，统计信息的获取在启动客户端后发生。
在该实施例中，从统计数据库(其可以存储在客户端内部的组件上或者存储在可选地聚集来自不同客户端的统计的单独的网络节点上)中获取最新的相关统计是客户端设备的启动或初始化序列的一部分。
在根据本发明的方法的实施例中，统计信息的获取间隔地发生。
在该实施例中，统计信息以某些时间间隔提供给客户端。这些间隔可以是固定的、以预先确定的方式随时间可变的、或甚至取决于某些所观测的或预计的网络状况的变化。统计信息的传输可以在客户端的发起下发生(即，客户端例如通过轮询托管有数据库的服务器来从数据库中拉出相关信息)或者在服务器的发起下发生(即，服务器将统计信息的更新推送到一个或多个客户端)。在客户端设备最初启动的时刻与该客户端设备开始消耗HAS业务的时刻之间流逝了许多时间的情况下(这例如可以是用于移动设备的情况)，该实施例避免在计算用于将被请求的HAS块的所需要的质量等级时使用过时的统计。
根据本发明的一个方面，提供了一种计算机程序产品，其包括被配置为执行如上文所描述的方法的代码工具。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于从服务器接收HTTP自适应流视频的装置，该装置包括：网络接口，其适于可操作地将装置连接到服务器；数据库接口，其适于可操作地将装置连接到统计数据库；以及处理器，其可操作地连接到网络接口和数据库接口，处理器被配置为：确定从服务器到装置的当前传输速率；根据当前传输速率，从统计数据库中获取与预期的未来传输速率有关的统计信息；从统计信息中导出目标传输速率；以及根据目标传输速率，向服务器请求视频的后续块。
在根据本发明的装置的实施例中，统计信息包括直方图，其中，获得包括根据直方图计算预定分位数。
在特定实施例中，分位数是5百分位、1百分位、0.1百分位中的一个。
在根据本发明的装置的实施例中，处理器还被配置为获得到统计数据库的所确定的当前传输速率。
在实施例中，根据本发明的装置还包括统计数据库，其可操作地连接到数据库接口。
在该实施例中，客户端装置不用必须与外部数据库实体连接来根据本发明的原理运行。
根据本发明的一个方面，提供了一种机顶盒，其包括如上文所描述的装置。
根据本发明的装置、计算机程序产品以及机顶盒的实施例的技术效果和优点加以必要的修正可对应于根据本发明的方法的对应实施例的技术效果和优点。
附图说明
现在仅通过示例的方式并参考附图描述根据本发明的实施例的装置和/或方法的某些实施例，其中：
图1示出了HAS客户端的速率判决算法(RDA)的操作；
图2进一步示出了HAS客户端的速率判决算法(RDA)的操作；
图3示出了本发明的实施例中的RDA的示例性操作；
图4提供了根据本发明的方法的实施例的流程图；以及
图5提供了包括根据本发明的实施例的装置的网络的示意图。
具体实施方式
为了对每个视频区间选择哪个块被下载，HAS客户端监控其看到的可用网络吞吐量，特别是由TCP提供的吞吐量，并尝试将(用于下一个块的)视频比特率与该可用网络吞吐量匹配。因为所请求的视频比特率不能准确地匹配可用网络比特速率，所以客户端需要维持播放缓冲。
图1和图2示出了控制客户端的决策的RDA。客户端以解码器所需要的字节已经在解码器需要它们前的某个时间接收到的方式下载下一个块。参考图1和图2，这意味着阶梯式内容接收曲线(下方的曲线)不应当与传输速率包络(上方的曲线)相交，其中，后者指示字节多快到达客户端，前者指示解码器多快需要字节。所示出的内容接收曲线显示了陡阶跃，这表示解码器用块来清空其数据缓冲的事实；单个块的消耗通过曲线的垂直段来表示，而两个连续块的消耗之间的时间通过曲线的水平段来表示。
本发明涉及使用改进的速率判决算法的方法和装置。现在将参考使用与网络吞吐量(从服务器到客户端)有关的统计信息的速率判决算法，进一步解释本发明。
考虑到吞吐量的某个过去的行为而与吞吐量的演变相关联的知识是在如下的条件概率中得到的，即，假定在先前的区间上的吞吐量T[B,A]、T[C, B]、…分别假设为值t[B,A]、t[C,B]、…的条件下，刚好在判决点A之后的吞吐量T[A,.]取某个值t[A,.]的概率：
Pr[T[A,.]＝t[A,.]|T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]   (等式1)
图3示出了该实施例。在每个判决点A处，Pr[T[A,.]＝t[A,.]|T[B,A]＝t[B, A],T[C,B]＝t[C,B],…]的当前版本用于确定其中下个块将被下载的质量版本。该策略可以容易地与已知的传统判决算法的设计原理相结合。
优选地，在每个(成功的)判决之后更新Pr[T[A,.]＝t[A,.]|T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]，并且该信息在所讨论的客户端设备的所有会话中保持。这样，根据本发明的RDA可以比传统算法更好地预测吞吐量演变，并因此可以做出更好的判决。
等式1提供在预估的条件概率密度函数的形式下的有关传输速率的统计信息。由于实际计算的原因，优选地，统计信息以离散形式使用，在本文中被称为“直方图信息”。
一种维持Pr[T[A,.]＝t[A,.]|T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]最新的可能性将如下进行。
(K+1)维向量的向量空间可以被量化在箱(bin)中(覆盖整个向量空间，其中，箱可以是矩形或具有任何其它形状)，其中，K是所考虑的过去区间的数量。每个箱维持Pr[T[A,.]＝t[A,.]|T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]的估计(实际上是Pr[T[A,.]＝t[A,.]|T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]在箱所覆盖的面积上的积分)。
在判决点A处，将每个箱的概速率值(其中，在进行乘法之前，所有概率合计为1)乘以α，并在确定所观测的向量(t[A,.],t[B,A],t[C,B],...)落入哪个箱中之后(其中，t[B,A],t[C,B],...是在判决点前的K个区间中的测量的吞吐量，t[A,.]是在判决点之后的区间中的吞吐量)，将该特定箱的概率值增加(1-α)倍(确保在更新过程之后，所有概速率的总和依然是1)。
在本发明中提出的RDA中需要的条件概率为：
Pr[T[A,.]＝t[A,.]|T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]＝
Pr[T[A,.]＝t[A,.],T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]/
Pr[T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]       (等式2)
维持Pr[T[A,.]＝t[A,.]︳T[B,A]＝t[B,A],T[C,B]＝t[C,B],…]的备选方案是只(在滑动窗口上)对落入每个箱中的事件的数量进行计数，并除以(在滑动窗口中的)事件的总数量。
在本发明的优选变形中，与考虑到吞吐量的过去行为的吞吐量的演变相关联的知识不仅取决于过去的吞吐量Tk，而且取决于一个或多个其它参数，诸如下载视频所通过的网络(例如，WiFi、3G或LTE)、一天中的时间(例如，忙时、非忙时)、信号干扰噪声比(SINR)值(在无线的情况下)和竞争客户端(如果已知)的数量等。
图4提供了根据本发明的方法的实施例的流程图。流程图示出了将在客户端侧进行的步骤，客户端可操作地连接到服务器(例如在图5示出的总体布局中)。
在初始的第一步骤410中，客户端接收感兴趣的视频的块(作为先前的请求的结果，未示出)。在接收到该块之后，客户端确定420用于从服务器到客户端的传输的当前传输速率Rcurrent。在不失一般性的前提下，图4仅涉及当前传输速率的确定。对于本领域技术人员来说，显然，当该方法依赖多个传输速率观测时，即，用于一组过去K个块，本发明以完全类似的方式工作。在这种情况下，客户端存储相关的先前的值以供以后使用。
至少基于当前的网络性能水平Rcurrent(可选地，在过去K个所接收的块上)，客户端获取430与预期的未来网络性能水平有关的统计信息。客户端例如可以获取如上文所描述的概率密度函数，优选地，以某一适当的形式或直方图信息的离散形式参数化)。
最后，客户端从统计信息中导出440目标传输速率Rtarget，例如，概率密度函数或直方图信息的特定分位数，并根据该目标传输率来请求450视频的后续块。
例如根据上文描述的方案(未在图4中示出)，优选地，在客户端处的传输速率的最新观测被反馈到统计数据库，以保持统计数据库是最新的。
优选地，将当前的网络性能水平和一个或多个先前观测的网络性能水平相结合，以选择适合的统计。实际上，在网络性能的演变中的特定模式(pattern)可以指示特定的网络类型或与网络的使用有关的特定重复事件。
更优选地，使用其它信息来选择适合的统计。其它信息的例子是一天的时间和星期几。实际上，鉴于网络性能可被活跃用户的瞬时数量严重影响的事实，网络使用中的某些模式(其可每日或每周重复)可以引导最适合的统计的选择。
图5提供了包括根据本发明的实施例的装置的网络的示意图。
所示出的网络包括客户端510和服务器530，彼此经由网络550可操作地连接，网络550可以包括接入网和核心网，诸如因特网。服务器530将不会详细描述。为了建立与网络550的连接，客户端510具有网络接口515。如本领域的技术人员所知的，术语“接口”表明在协议栈的不同层上建立数据通信连接性所需的必要硬件和软件。优选地，使用标准化的协议。接入接口例如可以包括用于xDSL、xPON、WMAN或3G链路的接口。局域网(LAN)接口例如可以包括用于IEEE 802.3“以太网”链路、IEEE802.11“无线LAN”链路中的一个或多个的接口。个人局域网(PAN)接口例如可以包括USB接口或蓝牙接口。
网络连接550用于将请求(特别地，对所期望的程序的单独块的请求)从客户端510中继到服务器530，并将内容(特别地，所请求的块)从服务器530中继到客户端510。
客户端装置510还与统计数据库520进行接口。为此，客户端装置510包括数据库接口512。数据库接口512和统计数据库520可被集成在客户端装置510中，特别地，以诸如闪存或磁盘驱动器的非易失性存储器的形式。
虽然数据库接口512在图5中被示为与网络接口515分开，但也可以将统计数据库520直接附着到网络550上，在这种情况下，统计数据库520可以通过网络接口515访问。统计数据库520例如可以被存储在网络附加存储(NAS)基础架构中或存储局域网(SAN)中。在这种配置中，单个联网的统计数据库520可以聚集来自多个客户端装置510的统计，这可导致更准确的统计，并因此导致本发明的方法对于所涉及的所有客户端的更好的性能。
客户端装置510还包括处理器513，其可操作地连接到网络接口515和数据库接口512，处理器513被配置为确定从服务器530到客户端装置510的传输的当前网络性能水平(例如，传输速率)，根据当前的(可选地，过去K个块的)传输速率，从统计数据库520中获取与预期的未来传输速率有关的统计信息，从统计信息中导出目标传输速率，并根据目标传输速率，向服务器530请求视频的后续块。
虽然在上文已经将方法和装置作为单独的实施例进行描述，但这只是为了清楚的目的，应当注意，仅与方法实施例相关描述的特征可以应用于根据本发明的装置，以获得相同的技术效果及优点，反之亦然。
在附图中示出的各种元件的功能，包括任何标示为“处理器”的功能块，可以通过使用专用硬件以及能够执行软件的硬件并结合适合的软件来提供，。当通过处理器提供时，功能可以通过单个专用处理器、单个共用处理器或多个单独的处理器(其中某些处理器可以共用)来提供。另外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被理解为专指能够执行软件的硬件，也可以隐含但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。还可以包括其它硬件，传统的和/或定制的。类似地，附图中示出的任何开关仅仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的运行、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑之间的交互、或者甚至人工地执行，实施者可选择的特定技术可由实施者根据对本文的充分理解来选择。
本领域的技术人员容易认识到上文描述的各种方法的步骤可以由编程计算机执行。在此，某些实施例还旨在覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，其可以是机器或计算机可读的并编码机器可执行的或计算机可执行的指令程序，其中，所述指令执行以上描述的方法的部分或所有步骤。程序存储设备可以例如是数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器、或可选的可读数字数据存储介质。实施例还旨在覆盖被编程为执行上文所述的方法的步骤的计算机。

Claims (12)

1.一种用于从服务器接收HTTP自适应流视频的方法，所述方法包括：在可操作地连接到所述服务器的客户端处，
在接收到所述视频的块后，确定从所述服务器到所述客户端的传输的当前传输速率；
至少根据所述当前传输速率，获取与预期的未来传输速率有关的统计信息；
从所述统计信息中导出目标传输速率；以及
根据所述目标传输速率，请求所述视频的后续块；
所述方法还包括：用所述确定的当前传输速率更新所述统计信息，其中，所述统计信息从与所述客户端分离的网络节点获取并在所述网络节点处更新，所述网络节点被配置为存储来自多个客户端的统计信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述统计信息包括直方图，所述导出包括根据所述直方图计算预定分位数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分位数是5百分位、1百分位、0.1百分位中的一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传输速率信息与诸如相关联的网络类型、一天中的时间或一周中的天的辅助信息关联地存储在所述网络节点处。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述统计信息的所述获取在启动所述客户端后发生。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述统计信息的所述获取间隔地发生。
7.一种计算机程序产品，包括被配置为执行前述权利要求中的任意一项的方法的代码工具。
8.一种用于从服务器接收HTTP自适应流视频的装置，所述装置包括：
网络接口，其适于可操作地将所述装置连接到所述服务器；
数据库接口，其适于可操作将所述装置连接到统计数据库；以及
处理器，其可操作地连接到所述网络接口和所述数据库接口，所述处理器被配置为：
确定从所述服务器到所述装置的当前传输速率；
至少根据所述当前传输速率，从所述统计数据库中获取与预期的未来传输速率有关的统计信息；
从所述统计信息中导出目标传输速率；以及
根据所述目标传输速率，向所述服务器请求所述程序的后续块；
其中，所述处理器还被配置为获得到所述统计数据库的所述确定的当前传输速率。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述统计信息包括直方图，所述导出包括根据所述直方图计算预定分位数。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述分位数是5百分位、1百分位、0.1百分位中的一个。
11.根据权利要求7-9中的任意一项所述的装置，还包括所述统计数据库，其可操作地连接到所述数据库接口。
12.一种机顶盒，包括根据权利要求7-11中的任意一项所述的装置。
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