基于DASH技术的动态自适应算法研究与系统实现

摘要

随着互联网和移动互联网技术的高速发展，人们对多媒体信息使用越来越广泛，特别是近两年小视频的兴起和互联网直播的飞速发展，对高质量视频内容的需求越来越强烈。这种强烈的需求促进了流媒体传输技术的不断发展。DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)等自适应流媒体技术的提出为用户带来了更为优质的流媒体业务播放体验，而码率自适应算法则是DASH技术中核心内容，决定了视频播放性能。传统的码率自适应算法单独考虑网络带宽状态或播放器缓冲状态，并未能有效结合多方面因素，因此还具有较大的提升空间。同时部分算法通过网络模拟实验进行验证，缺少现实条件下视频播放系统的实验环境。　　论文详细分析了基于流媒体的传输协议，同时对DASH技术中常见的码率自适应算法进行了深入研究。针对传统动态自适应码率选择算法考虑因素单一、播放缓冲区长度受限、带宽不稳定等问题，综合考虑带宽和缓冲区长度等因素，提出了一种基于缓冲区阈值调整的动态自适应码率选择算法。该算法的核心思想是在综合考虑带宽下载速率和缓冲区长度的情况下，动态调整缓冲区的阈值参数，使缓冲区长度在视频播放的不同阶段均处于合理数值。具体地，该算法通过获取不同视频段大小信息和下载速率，预测视频段下载时间;通过将播放过程划分成几个不同阶段，并分别采用不同的视频码率选择策略，达到降低视频播放的初始延迟和保证视频播放时的稳定性;在网络环境良好及缓冲区参数达到临界值时调整缓冲区阈值参数，增大缓冲区长度，提高应对网络突然变化的能力。实验结果表明:该算法减少了视频播放的启动时间，并能保证视频高质量播放的稳定性，提升了视频的观看体验。　　针对自适应流媒体技术的应用开发较少的问题，论文在上述算法的基础上设计和实现了一个基于DASH技术的码率自适应视频播放系统。该系统采用浏览器/服务器(B/S)架构，结合HTML5技术和JavaScript的跨平台优势，解决移动端视频播放出现的不兼容、不稳定等问题。为了验证所开发系统的可用性，在该系统上进行了2组对比实验，分别比较了PC端和移动端、不同码率等级数量对系统性能的影响，得出最优参数。对比实验结果表明，基于DASH的自适应视频播放系统在PC端和移动端都能正常运行，系统中最优码率等级数量为5。　　本文的研究工作是对DASH技术中的传统动态自适应码率选择算法进行改进和优化，并在该算法基础上设计和实现了基于DASH技术的码率自适应视频播放系统。本文的研究成果具有一定的学术价值和应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 DASH服务器端技术研究现状

1．2．2 DASH客户端技术研究现状

1．3 研究目标与主要研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 流媒体及DASH相关技术

2．1 流媒体技术简介

2．2 主要的流媒体传输技术

2．2．1 传统实时流媒体传输协议

2．2．2 基于HTTP的流媒体传输协议

2．3 DASH传输技术标准

2．3．1 DASH技术标准概述

2．3．2 DASH技术基本架构

2．3．3 DASH技术格式规范

2．4 新一代WEB开发标准HTML5

2．5 小结

第三章 基于缓冲区阈值调整的动态自适应码率选择算法

3．1 码率选择算法的作用

3．2 现有的自适应码率选择算法

3．3 基于缓冲区阈值调整的码率选择算法

3．3．1 系统模型

3．3．2 网络带宽估计

3．3．3 BT-DARA算法描述

3．4 模拟实验与性能分析

3．5 小结

第四章 基于HTML5的DASH视频播放系统实现

4．1 系统设计原则

4．2 系统设计

4．2．1 系统网络拓扑结构

4．2．2 系统业务逻辑

4．3 系统实现

4．3．1 服务器功能实现

4．3．2 自适应模块实现

4．3．3 视频播放页面实现

4．4 系统性能测试

4．4．1 系统实验环境

4．4．2 实验样本及视频参数设定

4．4．3 实验结果分析

4．5 小结

5．1 论文的工作总结

5．2 未来工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文