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mpeg-dash传输技术研究与算法优化

MPEG-DASH传输技术研究与算法优化

作者：陈剑北京工业大学

学位级别：硕士

随着无线通信和互联网技术的飞速发展,以手机和平板电脑为代表的移动设备迅速普及,用户对多媒体信息的需求呈爆炸式增长。在各种多媒体信息内容中,网络视频由于其内容的丰富性而成为网络用户的主要选择,因此,和网络视频相关的研究一直... 详细信息

随着无线通信和互联网技术的飞速发展,以手机和平板电脑为代表的移动设备迅速普及,用户对多媒体信息的需求呈爆炸式增长。在各种多媒体信息内容中,网络视频由于其内容的丰富性而成为网络用户的主要选择,因此,和网络视频相关的研究一直不曾间断。流媒体传输技术是网络视频行业的核心技术和研究热点,而在流媒体传输技术中,基于HTTP的动态自适应流媒体技术(dash)是当前业界最为主流的流媒体传输技术,它的特点就是支持流媒体播放过程中的码率自适应切换,该技术使得客户端能够根据自身的环境和网络条件动态地调整视频码率,从而保证视频用户在不同网络环境下的观看体验水平。此前有多家厂商都提出了自己的解决方案,例如Apple公司的HLS协议,Microsoft公司的MSS协议和Adobe公司的HDS协议,但这些技术差异很大,且依赖于不同的平台,为了解决这个问题,mpeg组织推出了跨平台的标准流媒体视频传输协议mpeg-dash。2012年4月,mpeg-dash正式成为国际标准。目前,mpeg-dash得到业内得广泛支持,正在被越来越多的多媒体提供商所采用,它已经成为主流的传输协议之一。本文深入研究了mpeg-dash协议及其相关的动态自适应码率技术。通过研究目前已有的三类算法,研究表明这些算法在网络带宽波动的条件下难以达到理想效果。本文研究了目前已经在语音、图像及自然语言处理等众多领域取得成功的强化学习技术,将强化学习应用于动态码率自适应场景,提出并设计了一种基于强化学习的mpeg-dash协议的码率自适应算法。通过使用真实的网络数据集训练强化学习模型,继而生成基于强化学习的码率自适应算法。最后,本文还按照mpeg-dash协议和开源工具实现了一个完整的播放测试环境,构造一个完整的dash实验系统,利用这个系统,本文将设计的算法和其他算法进行了比较,并得出结论。mpeg-dash算法通常包含算法和QoE模型设计两个部分,本文主要是码率自适应算法的设计,在QoE模型方面使用的是主流的几类模型。实验的结果证实本文所设计的基于强化学习的算法在提高视频服务质量上有明显提升,起到了优化传输算法的作用。

关键词：流媒体传输 mpeg-dash 强化学习码率自适应算法

mpeg-dash流速率控制与缓存优化研究

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MPEG-DASH流速率控制与缓存优化研究

作者：龙吟东南大学

学位级别：硕士

随着互联网流媒体服务的发展,人们对流媒体的观看体验提出了更高的要求。基于HTTP协议的动态自适应流媒体技术mpeg-dash可以有效利用网络带宽资源,为用户提供动态、高质量的流媒体观看体验,且具有良好的通用性和可部署性,被主流互联网... 详细信息

随着互联网流媒体服务的发展,人们对流媒体的观看体验提出了更高的要求。基于HTTP协议的动态自适应流媒体技术mpeg-dash可以有效利用网络带宽资源,为用户提供动态、高质量的流媒体观看体验,且具有良好的通用性和可部署性,被主流互联网流媒体提供商广泛采用。与此同时,利用代理缓存、CDN等网络基础设施进行流媒体分发可以有效提高终端用户体验、减少骨干网压力,是当前IP网的发展方向。客户端的自适应码率判决算法是dash协议的核心,直接影响用户的体验。然而,目前主流的码率判决算法并未考虑接入网边缘存在代理缓存的场景,导致其易受代理缓存的干扰,出现码率乒乓效应、视频卡顿等现象。同时,现有的流媒体缓存管理策略不能有效挖掘dash流媒体的特征,性能表现也不够理想。因此,研究如何更好地利用代理缓存进行dash流媒体分发、将二者有效地结合具有重要意义。本文针对接入网边缘存在代理缓存的dash流媒体分发场景,研究dash协议与代理缓存间的联系,设计了一种缓存优化的dash自适应码率判决算法和基于灰色预测的dash缓存管理策略。论文的主要研究工作包括:(1)分析了代理缓存对dash自适应码率判决的影响,指出代理缓存将导致切片存在两个来源,现有的基于吞吐率预测和基于缓冲区占用率的码率判决算法易受切片二源性的影响,造成客户端的乒乓效应和播放卡顿。针对这一问题,论文提出了缓存优化的dash码率自适应算法——COBA,该算法使用重叠、自适应调节的缓冲区区间,生成不同的缓冲区级别,消除代理缓存带来的乒乓效应,同时引入快速启动算法,加速客户端码率的收敛。(2)针对dash流媒体切片流行度较难预测的问题,提出了基于灰色预测的dash缓存管理策略——GPCM,设计了对应的缓存架构。GPCM策略包含两个子策略:缓存预取策略和缓存替换策略,其核心是基于RGM(1,1)模型进行在线的流行度预测,该预测具有短期预测精度较高、预测耗时短的特点。缓存预取策略依据切片流行度预测值进行预取码率计算和预取请求发送决策,缓存替换策略则依据切片流行度预测值选择需要替换的流媒体切片。(3)对COBA算法和GPCM策略的性能进行实验评估。搭建了真实的网络场景,使用FCC吞吐率数据集模拟真实网络吞吐率,测试COBA算法的性能表现。针对GPCM策略大规模的测试需求,开发了流媒体代理缓存仿真器dashProxySim,使用Trace数据集驱动仿真器,对GPCM策略的性能进行评估。实验结果表明,COBA算法可以较好地消除客户端的乒乓效应、减少播放卡顿,GPCM策略提高了缓存命中率和客户端吞吐率,将二者同时部署可以较好地提升用户体验。

关键词： mpeg-dash 码率判决算法代理缓存缓存管理

基于mpeg-dash协议的自适应视频点播系统的设计与实现

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基于MPEG-DASH协议的自适应视频点播系统的设计与实现

作者：邵熠北京邮电大学

学位级别：硕士

在移动互联网时代,网络视频已成为网民最主要的休闲娱乐方式之一。网络视频行业的高速发展,离不开流媒体技术的支撑。基于HTTP的自适应传输是目前广为应用的流媒体传输技术之一,它最大的特点是支持码率自适应,客户端可以根据网络带宽等... 详细信息

在移动互联网时代,网络视频已成为网民最主要的休闲娱乐方式之一。网络视频行业的高速发展,离不开流媒体技术的支撑。基于HTTP的自适应传输是目前广为应用的流媒体传输技术之一,它最大的特点是支持码率自适应,客户端可以根据网络带宽等因素动态调整视频码率等级,从而保障不同网络环境下的观看体验。目前有多家公司都提出了自己的实现方案,但彼此之间不能互通。为解决此问题,mpeg-dash协议应运而生,并于2011年11月正式成为国际标准。目前,mpeg-dash协议已得到业内的广泛支持,未来将势必会在更多的平台和设备上得到应用。本文在深入研究mpeg-dash协议及其相关技术的基础上,设计并实现了基于mpeg-dash协议的自适应视频点播系统。系统由视频资源服务器、流媒体服务器和客户端组成。视频资源服务器负责视频文件的制作、管理和传输。流媒体服务器负责提供各类业务接口,存储页面资源和播放器脚本,并记录相关信息。客户端负责播放视频资源,支持码率自适应,并实时显示视频参数。在码率自适应算法方面,本文对基于吞吐量和基于视频缓冲的两类自适应算法进行总结,并提出了综合考虑吞吐量与缓冲的优化算法。论文首先介绍了选题背景及意义,总结目前流媒体传输技术的现状。然后对流媒体传输相关技术进行介绍,包括主要的流媒体传输协议、mpeg-dash协议、画面组和媒体源扩展标准。然后论文对基于mpeg-dash协议的自适应视频点播系统的设计和实现工作进行介绍,在系统设计方面,介绍系统整体设计、系统功能模块设计和码率自适应算法设计。在系统实现方面,介绍系统各个功能模块的工作流程、核心类图和所使用的工具。最后,论文对系统测试与分析进行介绍,包括系统测试环境、系统功能测试、系统编码性能测试和码率自适应算法效果对比实验等内容。

关键词：流式传输 mpeg-dash 码率自适应 HTML5

基于mpeg-dash的视频点播系统的设计与实现

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基于MPEG-DASH的视频点播系统的设计与实现

作者：阮伟聪华南理工大学

学位级别：硕士

在无线网络以及智能移动设备快速发展的推动下，人们对网络视频点播业务的需求与日俱增。传统的流式VOD系统因传输协议限制无法很好地解决防火墙以及NAT穿越问题，而常规的渐进式VOD则缺乏有效服务质量支持。近年HTTP自适应VOD技术的出... 详细信息

在无线网络以及智能移动设备快速发展的推动下，人们对网络视频点播业务的需求与日俱增。传统的流式VOD系统因传输协议限制无法很好地解决防火墙以及NAT穿越问题，而常规的渐进式VOD则缺乏有效服务质量支持。近年HTTP自适应VOD技术的出现吸引了国内外的极大关注，而mpeg-dash标准的制定解决了此前各项主流技术方案间互不兼容的问题，成为领域研究热点。本文通过研究分析mpeg-dash标准，设计并实现了一套适用性强、低耦合以及跨平台的VOD系统。VOD系统分为服务器组件、发布组件以及播放组件三个部分。服务器组件负责处理媒体点播请求，对媒体内容进行编码并管理。为提高任务并行控制能力，本文设计了流水线工作模式以处理点播请求，实现灵活易扩展的模块架构。而通过引入云存储服务，解决了服务器组件中的海量数据存储问题，在扩充系统服务范围的同时降低了与各个外部系统的耦合。发布组件主要处理媒体数据的传输工作。组件核心为HTTP服务器中间件，系统在其基础上实现了VOD服务接口以及资源访问控制，以符合点播环境需求。播放组件是dash媒体的控制核心，负责媒体的所有播放逻辑工作。播放组件使用浏览器脚本技术实现，能够提供优秀的跨平台服务支持。由于dash播放器需要特殊的接口支持，系统额外引入了兼容性播放方案，确保VOD服务能够正常工作于各类设备平台。论文详细阐述了以mpeg-dash技术为基础的VOD系统的设计与实现，并通过系统功能性测试，验证了mpeg-dash技术在常见网络异常环境下的有效性。最后，本文针对系统目前存在的编码性能问题进行了相关测试，探讨了编码速度与编码质量间的相互关系，通过权衡速度与质量因素以提高系统可用性。

关键词： mpeg-dash 视频点播服务质量跨平台服务

基于mpeg-dash的P2P视频播放系统设计与实现

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基于MPEG-DASH的P2P视频播放系统设计与实现

作者：马凌西南交通大学

学位级别：硕士

随着互联网用户数量和网络带宽需求的快速增长,视频播放业务进入了飞速发展期。传统的流媒体传输方案无法在网络环境变化条件下自适应视频码率,同时基于客户端/服务器的架构在大规模应用时,服务器的带宽和性能容易成为系统负载瓶颈。具... 详细信息

随着互联网用户数量和网络带宽需求的快速增长,视频播放业务进入了飞速发展期。传统的流媒体传输方案无法在网络环境变化条件下自适应视频码率,同时基于客户端/服务器的架构在大规模应用时,服务器的带宽和性能容易成为系统负载瓶颈。具备动态自适应特点的mpeg-dash流媒体传输协议以及具备可扩展性强特点的P2P流媒体技术成为新的研究热点。本文结合mpeg-dash流媒体协议与P2P流媒体技术,采用mpeg-dash协议实现视频动态自适应播放,通过WebRTC技术实现P2P视频传输,设计并实现一种基于mpeg-dash的P2P视频播放系统,能够有效地降低Web服务器的带宽负载,提高系统服务性能和用户视频播放质量。本文主要工作介绍如下:第一,本文首先介绍分析本课题相关的国内外研究现状,研究对比了mpeg-dash流媒体传输协议与P2P流媒体技术特点,结合视频播放场景的用户需求,提出了系统需求分析和总体设计方案。第二,本文详细介绍了系统架构和具体实现方案。系统基于CDN-P2P混合网络架构,客户端之间采用基于网状结构的P2P覆盖网络,采用HTTP请求与P2P传输相结合的数据传输策略和基于Vivaldi算法的邻近节点选择策略。系统主要包括流媒体服务器、Web服务器、Tracker服务器、信令服务器以及客户端。流媒体服务器基于SSM框架实现mpeg-dash视频编码处理功能,其中采用WebUploader组件实现视频上传功能,通过FFmpeg和Mp4Box工具实现mpeg-dash视频处理功能。Web服务器基于NodeJS平台的http-server组件实现为客户端提供播放访问功能。Tracker服务器基于Express框架和信令服务器采用PeerJS Server协助客户端之间建立基于WebRTC的P2P连接。客户端基于***与PeerJS框架实现mpegdash视频的P2P播放功能,并通过Cordova框架实现Windows平台和Android平台客户端的跨平台开发。第三,对系统的服务器端与客户端分别在实际场景下进行功能测试和性能测试,通过分析测试数据,结果表明达到了系统设计要求,实现了mpeg-dash视频的动态自适应播放与P2P视频传输,有效降低Web服务器负载,提高了用户体验质量,具有一定的应用价值。

关键词： mpeg-dash P2P WebRTC 混合结构 Vivaldi

基于Android平台的mpeg-dash流媒体QoE研究

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基于Android平台的MPEG-DASH流媒体QoE研究

作者：周蓉蓉深圳大学

学位级别：硕士

随着互联网应用和普及,网络娱乐内容的极大丰富,人们越来越倾向于在网络上实时观看视频。然而传统的流媒体技术有着各种各样的弊端,比如RTSP/RTP流媒体技术需要特定的流媒体服务器,安装维护复杂,且不能穿透防火墙;比如HTTP渐进式下载无... 详细信息

随着互联网应用和普及,网络娱乐内容的极大丰富,人们越来越倾向于在网络上实时观看视频。然而传统的流媒体技术有着各种各样的弊端,比如RTSP/RTP流媒体技术需要特定的流媒体服务器,安装维护复杂,且不能穿透防火墙;比如HTTP渐进式下载无法选择码率,如果网络波动,要么可能会导致停顿,要么浪费带宽。mpeg-dash（Dynamic Adaptive Streaming over HTTP）结合了HTTP渐进式下载技术和自适应传输技术的优点,可以很好的解决这些问题。本文主要研究了基于Android的mpeg-dash的流媒体网络自适应算法,基于嵌入式媒体盒环境,围绕用户体验QoE（Quality of Experience）的提升,从初始化播放延时,缓冲下溢次数,平均播放码率,播放时总码率切换次数等几个方面进行了研究,提出了优化方案。文章首先介绍了MEPG-dash在自适应算法方面的研究现状;然后比较详细的介绍了MEPG-dash自适应流媒体的技术标准,包括MEPG-dash的技术系统框架,MPD文件的组成和结构,随后介绍了dash采用的fragmentMP4封装,以及最常采用的H264格式的编码原理。基于上面提到的初始化播放延时,缓冲下溢次数,平均播放码率,总码率切换次数等几个方面的优化和提升,主要做了如下方面的工作:1)在缩短初始化播放延时方面,优化FFmpeg dash Encoder/GPAC MP4BOX dash Encoder;将解码器初始化需要的SPS/PPS信息,也称为Codec Specific Data（CSD）,作为一个子字段添加到媒体呈现文件MPD中;并在客户端实现提前解析,并行初始化解码器,达到提升初始化播放速度的效果。2)考虑到dash通常采用的是以动态码率编码为主的H264视频编码,在某些码率波动率大的片源情况下,可能在判断带宽是否足够时出现误判。本文使用初始化切片的sidx box项存放的全视频切片信息,计算出所有切片的切片码率;在播放时,依据接下来即将下载的切片码率与当前网络带宽以及缓冲区数据走势相结合来选择下一切片的码率。由于切片平均码率与片源平均码率有时相差超过100%,因此同时参考切片码率更切合实际使用情况。3)本文在Android 9.0客户端ExoPlayer APK基础上实现并验证了优化算法:在Ubuntu 18.04上搭建局域网Apache HTTP服务器,加入网络带宽限制模拟不同网络场景;实验证明在初始化播放速度,播放缓冲下溢次数,切换频繁程度等方面都有了明显的提升;就综合QoE指标来看,在相比较的几种算法中,本文提出的NextN算法在两个实验片源的各种带宽限制场景中都具有最高的QoE值,这就验证了本论文方法的有效性。

关键词： mpeg-dash QoE 初始化播放延时动态码率码率波动率码率自适应

基于mpeg-dash的流媒体视频传输系统设计与实现

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基于MPEG-DASH的流媒体视频传输系统设计与实现

作者：王元勋西南交通大学

学位级别：硕士

随着互联网的发展以及众多类型智能终端设备的接入,互联网流媒体视频服务的需求正在不断增加。传统的流媒体视频传输技术由于协议的限制很难解决视频在传输过程中遇到的防火墙以及NAT穿越等问题。基于HTTP的自适应流媒体传输技术的出现... 详细信息

随着互联网的发展以及众多类型智能终端设备的接入,互联网流媒体视频服务的需求正在不断增加。传统的流媒体视频传输技术由于协议的限制很难解决视频在传输过程中遇到的防火墙以及NAT穿越等问题。基于HTTP的自适应流媒体传输技术的出现能够有效解决上述问题,因此它也成为研究的热点。mpeg-dash传输协议是mpeg组织推出的一个跨平台的标准流媒体视频传输协议,正逐渐被普及和接受,具有较大的研究价值和发展潜力。本文对mpeg-dash协议进行了详细分析,研究了适合在客户端使用的相关码率切换算法,并基于此算法实现了一个流媒体传输视频传输系统。基于带宽估计的码率切换算法具有带宽利用率高的优点,但是同时也存在容易受网络波动影响,造成计算出的目标码率出现瞬时峰值而造成带宽浪费的问题。针对于此,本文设计了一种基于人眼对比敏感度特征的码率选择算法。在客户端利用人眼对比敏感度模型计算当前观看条件下人眼截止空间频率,选择服务器中和截止空间频率差的绝对值最小视频分片对应的码率作为目标码率。该算法和基于带宽估计选择目标码率的方法进行对比实验,测试了二者在不同视角内计算的目标码率,得到两者的码率计算结果阶梯图。实验结果表明,在视角为5度到15度情况下,本方法较带宽估计方法在确保视频效果前提下能够有效节约带宽。按照mpeg-dash框架对上述方法进行实现。详细叙述了框架的各个组成部分的实现过程和采取的技术,对一些重要的参数的选择进行了实验并分析,最后在实际环境中对系统进行了测试。结果表明,本文设计并实现的视频传输系统能够带来良好的用户体验,且有一定的应用价值。

关键词： mpeg-dash 对比敏感度带宽估计码率选择

基于mpeg-dash标准的流媒体服务器搭建和播控优化

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基于MPEG-DASH标准的流媒体服务器搭建和播控优化

作者：李志峰北京邮电大学

学位级别：硕士

随着网络传输技术的发展与网络接入设备的普及,视频服务的需求越来越多。然而现有的一些流媒体协议在网络适应性和设备兼容性方面存在一定的问题。譬如RTP/RTSP协议在穿越防火墙和进行NAT转换时,需要专门的网络支持,另外一些流媒体协议... 详细信息

随着网络传输技术的发展与网络接入设备的普及,视频服务的需求越来越多。然而现有的一些流媒体协议在网络适应性和设备兼容性方面存在一定的问题。譬如RTP/RTSP协议在穿越防火墙和进行NAT转换时,需要专门的网络支持,另外一些流媒体协议仅在某一系统上获得支持,这为流媒体业务的发展设置了障碍。最新提出的流媒体协议mpeg-dash是针对上述问题的一个有效解决方案。dash以HTTP协议进行视频传输,可以有效的适应目前的传输网络和各种终端设备,并且提供了较好的播控机制。本文针对流媒体应用的现状,研究了mpeg-dash标准的实现机制以及相关播控技术。本文根据dash标准的规定,提出并实现了一套支持dash标准的视频播控系统。该系统支持视频的直播与点播业务。系统具体实现了基于dash的流媒体服务器配置、支持dash协议播放器的开发和HTTP/TCP协议中相关网络控制技术的应用。本文也研究了基于dash协议的视频播控机制,综合考虑了影响dash直播时延的主要因素,提出并实现了降低直播时延的播控机制。本文亦针对网络传输中的一些突发因素,实现并改进了一种基于下载速率的视频流切换算法。同时本文还研究了其他两种现有的码率切换算法,并通过实验在时延、播放流畅性和缓冲等多方面进行比较。

关键词： mpeg-dash 多线程TCP 播控HTTP 码率切换算法

mpeg-dash流媒体数字版权管理系统的设计与实现

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电子测量技术 2018年第1期41卷 63-68页

作者：晋芳王国中范涛朱丽莎张立亮上海大学通信与信号工程学院

HTTP动态自适应流媒体技术面向智能手机、平板电脑、智能电视机以及PC等多种智能终端,可以为用户提供优质的视频体验,因此已经广泛应用在了互联网视频传输服务中。目前mpeg-dash协议综合了现有主流移动流媒体协议的基本架构,对所有平台... 详细信息

HTTP动态自适应流媒体技术面向智能手机、平板电脑、智能电视机以及PC等多种智能终端,可以为用户提供优质的视频体验,因此已经广泛应用在了互联网视频传输服务中。目前mpeg-dash协议综合了现有主流移动流媒体协议的基本架构,对所有平台提供了良好的兼容性,能够有效的解决目前存在的HTTP自适应技术跨平台使用问题,但就版权管理而言,还非常不完善,很容易被拷贝和传播,因此重点研究如何对基于mpeg-dash协议的流媒体进行数字版权保护。首先研究了mpeg-dash流媒体技术,然后针对数字内容安全,研究了如何对mpegdash流媒体内容进行加密保护,最后结合目前互联网视频数字版权管理系统方案,设计并实现了基于mpegdash协议的流媒体数字版权管理系统。

关键词： dash mpeg-dash dash流媒体内容加密数字版权管理系统