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基于HTTP的动态自适应流媒体技术的研究

程果  
【摘要】:基于HTTP的动态自适应流媒体技术,主要是根据网络状况以及设备性能动态调整播放媒体文件的码率,实现多媒体内容的无缝传送和播放。码率自适应算法作为动态自适应流媒体技术的关键,一直是学术界的一个研究热点。通过对现有码率自适应算法进行分析后发现:(1)基于带宽的码率自适应算法在播放开始时会长时间选择码率较低的切片进行下载,导致带宽利用率较低;(2)基于缓存的码率自适应算法对带宽变化比较敏感,容易造成频繁和大幅度的码率切换,严重影响用户体验质量;(3)基于缓冲区等级的码率自适应算法,在播放开始阶段的切片码率提升较慢,并且在带宽波动较大的环境下,客户端缓冲区变化幅度较大。鉴于目前的算法存在上述问题,对码率自适应算法的研究也显得至关重要。本文首先研究了基于HTTP的自适应流媒体技术的主要特点,并对现有自适应流媒体技术的企业方案进行了介绍和分析。其次,本文重点研究了旨在为动态自适应流媒体技术提供统一标准的MPEG-DASH及其相关技术。然后,本文对现有码率自适应算法进行了研究和分析,并针对算法目前存在的问题,提出了一种基于缓冲区等级的改进算法。该算法在保证缓冲区状态稳定的条件下,减少了码率切换次数,提升了播放开始阶段的切片码率。同时,本文依据自适应播放过程中影响用户体验质量(Quality of Experience,Qo E)的主要因素,定义了Qo E评价指标和评价函数,并利用层次分析法确定了评价函数中不同指标的权重系数,最终实现了对自适应算法的客观评价。最后,本文在基于Android的客户端中实现了提出的改进算法以及对比算法,并利用Web服务器和网络模拟工具对算法在不同网络环境中的性能表现进行了实验验证和QoE分析。实验结果表明,本文提出的改进算法在受限的不变网络环境和连续波动的网络环境中表现相对稳定。在保证缓冲区稳定的前提下,提出的改进算法在带宽呈现阶梯状变化的网络环境下同样有着良好的性能表现。同时,通过利用Qo E评价函数对不同算法在连续波动网络环境和带宽阶梯状网络环境下的QoE值进行计算后发现,提出的改进算法在波动网络环境下能够提升用户的体验质量。


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