基于瓦片和比特率自适应的360°视频传输

作     者：蒋恒 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏驷希

授予年度：2022年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：视频传输 比特率自适应 动态帧率 360°视频 

摘      要：随着5G时代的到来,视频内容在互联网中的比重不断增加,虚拟现实(Virtual Reality,VR)和360°视频等新兴媒体也进入了人们的生活。由于360°视频对网络带宽和时延等性能需求较高,在复杂网络中传输高质量视频内容面临着巨大挑战。为了减少视频播放过程中出现卡顿等问题,基于比特率自适应算法可以有效提升视频传输质量,并已成功应用于普通视频,但在360°视频的应用还处于发展探索阶段。针对普通视频和360°视频,本文从视频动态帧率的角度研究高质量视频传输方式。针对普通视频提出了视频帧率及其比特率自适应算法,这是一种带宽和时延实时互换的模型,该算法可用来对抗网络波动。仿真结果表明,本文提出的算法在不同的网络条件下,下载比特率和QoE(Quality of Experience,体验质量)都有着很好的性能表现。其次,本文根据开源播放器VLC多媒体播放器提供的SDK(Software Development Kit,软件开发工具包),实现了局域网端到端的支持视频帧率和比特率自适应的播放器——libvlc。针对 360°视频的 ERP(Equi-Rectangular Projection,等矩形投影)投影格式,本文提出了在3DoF(3-Degree of Freedom,3-自由度)下,针对用户视口的选定的用户视口的瓦片选定算法和针对瓦片比特率分配的空间权重贪心算法。用户视口的瓦片选定算法利用简单的几何关系确定FoV(Field of View,视场)覆盖的瓦片,空间权重贪心算法利用人眼对视频内容的敏感度将有限的带宽分配到更重要的区域中。理论分析表明,空间权重贪心算法的带宽利用率与以带宽为目标优化的 MCKP(Multiple-Choice Knapsack Problem,多选择背包问题)算法接近。在客观评价指标方面,空间权重贪心算法的WS-PSNR、S-PSNR和WS-SSIM都比MCKP表现得更好。