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申请/专利权人：中国传媒大学

摘要：一种面向短视频流的联合视频下载和动态码率自适应方法涉及短视频码率自适应技术领域。本发明考虑如何在用户观看短视频时，将视频下载机制与码率自适应技术相结合，提供一种新的短视频下载机制和ABR算法，在不降低用户体验质量QoE的情况下节省带宽开销。本发明包含两个部分的具体实现算法：预加载机制和混合码率自适应方法。

主权项：1.一种面向短视频流的联合视频下载和动态码率自适应方法，其特征在于包括以下内容：短视频流的预加载机制：输入过去视频块的真实带宽和未来视频块的留存率，输出要下载的视频序号，其中-1代表暂停下载，0表示当前视频，大于等于1的序号表示队列里的视频；包括以下步骤：步骤101：i表示推荐队列中第i个视频，i为0表示当前正在观看的视频；将第i个视频中的第k个块的最大缓冲区设为第i个视频中的第k个块的码率设为第i个视频中的第k个块以码率编码的大小为是第i个视频中的第k个块的平均下载速度，Δtk为暂停下载的时间，L表示每个视频块的时长，tk+1为第k+1个块的下载时长，tk为第k个块的下载时长；则第i个视频中的第k个块的下载时间为： 步骤102：当所有视频都下载到最大允许下载的大小时，播放器停止下载；L表示每个视频块的时长，表示视频播放器下载第i个视频中的第k个块时的缓冲区占用率；暂停下载时长Δtk为： 的取值范围为： 步骤103：设为第i个视频中的第k个块的留存率；为了减少带宽资源的浪费，设计出如下所示的动态最大缓冲区模型: X表示的第一种可能取值，在X表达式里，表示e的次方，rebuf表示卡顿时间；如果第i个视频中的第k个块发生卡顿，说明网络条件较差，需要增加最大缓冲区大小；如果在第i个视频中的第k个块之后暂停下载，说明网络条件良好，需要减小最大缓冲区大小；为了防止播放第i个视频中的第k+1个块时缓冲区太小而出现停顿，加入Y表达式，Y表示的第二种可能取值，将最大缓冲区设为视频i的上一个视频块时长L加上一个视频块的总操作时间，总操作时间包括上一个视频块下载时间暂停下载时长Δtk以及卡顿时间rebuf；用X来决定最大缓冲区大小，用Y来防止视频卡顿，因此动态最大缓冲区是X和Y的最大值；maxX，Y表示取X和Y的最大值；步骤104：播放器首先下载当前正在播放的视频，直到缓冲区大小达到此刻最大缓冲区大小步骤105：在当前视频下载到最大缓冲区之后接着下载推荐队列中的视频；推荐队列中视频的最大允许的预加载大小由和视频i的留存率阈值Pi共同决定；为了防止接下来要观看的视频的缓冲区大小在用户滑走视频时已经预加载的视频长度发生波动，将推荐队列中视频的最大缓冲区设置为与当前正在播放的视频的最大缓冲区一致，即推荐队列里的与当前正在观看的视频的保持一致；步骤106：设为第i个视频中的第k个块的留存率，真实数据集中留存率是通过统计用户观看行为得出的，模拟数据集中留存率是由软件生成的；反映了视频对用户的吸引力，di为下载视频i的每个视频块比前一个视频块留存率低百分之多少，它表明留存率的下降程度和趋势；当di达到最大时，表示当前视频块相比前一个视频块的吸引力已经降到最低；因此，将前一个视频块留存率作为留存率阈值Pi；Pi计算公式如下，表示当di达到最大时Pi的取值为 步骤107：队列里的视频需要下载到留存率大于等于阈值且缓冲区不超过最大缓冲区的视频块；当队列里所有视频都下载到满足上述约束的块时，就暂停下载，暂停时间Δtk由步骤102计算得出；待时间到后就继续下载下一个视频块并重复步骤101到步骤107；视频块的码率决策算法：输入是过去真实带宽和真实的缓冲区大小，输出是下一个要下载视频块的码率大小；码率决策算法首先在选择码率之前进行带宽预测，利用带宽预测结果并结合缓冲区大小，作为码率决策的主要因素；由于在预加载机制中已经确定了要下载视频的序号，因此码率决策算法中不涉及多个视频，而涉及同一个视频的多个视频块，用k表示第k个视频块；步骤201：在初步预测未来的带宽时，使用一个长度为W的滑动窗口观察过去W个块的真实带宽，W当前取值为5，然后使用调和平均法初步预测未来的带宽；假设下载过去第k个块时的真实带宽为bk，k的取值范围为0＜k≤W，则初步预测出的未来带宽b1如下所示； 步骤202：使用惩罚因子p对步骤201预测出的带宽进行矫正，带宽矫正公式如下，p为过去W块个标准差，b2为平滑矫正后的带宽； b2＝b11+p步骤203：将带宽低于2Mbps称为低带宽，高于等于2Mbps称为高带宽，Mbps＝Mbits即兆比特每秒，它的意思是时间内传输数据的平均比特数；在带宽为低带宽且缓冲区未达到最大缓冲区时，对带宽预测模块预测出的带宽进行缩小，使得码率选择保守，定义缓冲矫正因子m如下，b3为根据缓冲区大小矫正后未来带宽的大小： b3＝m*b2其中，m1，m2分别为m的上界和下界，Bkk表示当前缓存区的容量，Bmaxk代表缓存区的最大容量；m反映了根据缓存状态对带宽预测模块预测出的带宽的缩放程度；步骤204：对未来5个视频块所有可能的码率进行排列组合，然后计算过去一个块和未来5个块的所有码率组合的performance；performance是由码率bitrate、卡顿时间rebuf、顺滑度smooth、带宽利用bandwidth_usage四个元素组成的综合指标，代表每一种码率组合带来的性能收益；码率bitrate是每一个视频块所选的编码码率之和，卡顿时间rebuf是由于网络状况不好造成播放中断的时长之和，顺滑度smooth是两个视频块的码率差值之和，带宽利用bandwidth_usage是每个视频块大小；a，b，C，d是各项元素的系数，代表各元素对最终性能收益的重要性；之后使用穷举法从中找到性能收益performance最大的码率组合，将最该组合中的第一个未来块的码率作为决策值；performance的计算公式如下：performance＝a*bitrate+b*smooth-c*rebuF-d*bandwidth_usage步骤205：根据对参数数值与性能之间存在的单调关系进行观察发现，当网络条件逐渐变好，即带宽逐渐增大的时候，若想要保持优良性能，各项元素系数a，b，c，d应做如下变化，码率系数a逐渐增大，顺滑度系数b、中断时间系数c、带宽利用系数d逐渐减小；各项元素系数a，b，c，d的具体设置如下，其中level表示过去五个视频块的平均带宽，用level作为中间参数来动态调整各项元素系数a，b，c，d； c＝exp-leveld＝exp-level-1.32其中各项元素系数a，b，c，d是通过上述单调关系和对其拟合得到，因此公式中涉及到的函数以及常数是通过调参得到的。

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