動態(tài)http流自適應控制理論算法

1、A Control-theoretic Approach to Rate Adaptation for Dynamic HTTP Streaming,【作者】C Zhou,X Zhang,L Huo ,Z Guo【會議】Visual Communications & Image Processing（IEEE收錄）【日期】2012,,參考文獻,[1]Chenghao Liu, Imed Bouazizi, and Monce

2、f Gabbouj, “Rate Adaptation for Adaptive HTTP Streaming” in Proc. ACM MMSys11, pp. 169–174, Feb. 2011,2,目錄,一、背景介紹二、論文的主要思想三、論文的主要內容四、論文的理論分析五、論文的仿真結果六、論文的結論七、我的思考,3,一、背景介紹,研究背景當前MPEG-DASH技術研究過程中，提供高質量視頻的媒體服務仍然具有挑

3、戰(zhàn)性。挑戰(zhàn)主要來自時變帶寬，碼率自適應技術是重點研究對象。通過自動調節(jié)視頻質量以匹配可用帶寬，從而使得用戶得到很好地觀看體驗。目前，主流的碼率自適應技術可以分為三類：i）基于帶寬；ii）基于緩存；iii）基于流暢度。目前存在的問題在基于帶寬的速率自適應技術中，它以估計的網絡帶寬來切換比特率。一些商業(yè)供應商采用的速率適配方案大多屬于這一類別。基于帶寬的速率自適應方案的主要缺點是：i）由于復雜的網絡條件，難以準確地估計吞吐量；ii

4、）隨時變化的帶寬將導致短期比特率切換會影響用戶觀看體驗。,4,二、論文的主要思想,本論文的解決思路提出了一種新的控制理論方法來切換動態(tài)自適應HTTP流中的切片等級。基于緩存器，設置兩個閾值：上溢閾值和下溢閾值。適應目標使播放質量最大化，并且通過防止接收緩沖區(qū)溢出或下溢來進行不同比特率之間的切換。算法引入兩種機制：i)睡眠機制，用于在接收緩沖區(qū)的占用太高時防止選擇不必要的低比特率或者緩存上溢；ii)復位機制，當接收緩沖區(qū)的

5、占用太低時，采用這種機制預先避免緩存下溢。,5,二、論文的主要思想,論文的補充知識,6,積分中值定理：若函數f (x)在閉區(qū)間 [a,b]上連續(xù)，則在積分區(qū)間上至少存在一個點ε，使下式成立：,二、論文的主要思想,7,論文的主要參數和公式說明,r(k)*L ——第k個切片大小 ——tk-1~tk時間內緩存凈增加量 ——下載第k個切片用的時間,三、論文的主要內容,算法中主要公式,8,( tk - tk-1

6、)*d(t) = r(k)*L 其中 ，這里運用了積分中值定理。,三、論文的主要內容,上述公式解析：第 k 個切片的大?。?r(k)*L =對于 t∈(tk-1 , tk],忽略切片獲取過程中request時間（或者d(t)置為0，保證其連續(xù)），由積分中值定理有： 存在 t0∈(tk-1 , tk]，滿足：結合Δ tk = tk - tk-1 ，即存在

7、 t∈(tk-1 , tk]，r(k)*L =得到(2)式。同理，推導 =,9,論文的算法模型i)上溢模型,為了防止緩存上溢，須使 成立，那么將(3)式 b(tk) 帶入不等式，有：對(4)不等式右邊 rover(k) 進行量化取值運算Q[rover(k)]可以得到r(k)可取上限值 rmax(k)，并且下限值應不低于當前帶寬 (即下載速度的d(t)

8、)，只適用于rmax(k) ≥ d(t)的情形。,三、論文的主要內容,10,三、論文的主要內容,對于 rover(k) ＜d(t)的情形，須啟動睡眠機制，延遲ts后[rover(k) ≥ d(t+ts)]再進行第 k 個切片文件的下載。式(6)(7)用于計算延遲ts后緩存增大足以使成立rover(k) ≥ d(t+ts)再次成立，從而開始啟動下載。,11,三、論文的主要內容,上述公式解析：對于時刻 t∈(tk-1 , t

9、k]，若rover(k) ＜d(t)，那么停止下載切片文件。在延遲 ts 后重新啟動。顯然，在此期間p(t)保持不變，假設d(t)也保持不變。正常情況下，ts 后必有：化簡，有： ，再將(6)式帶入，即可得到(7)式。,12,論文的算法模型ii)下溢模型在緩存下溢情況下，b(t)單調遞減。需要保證b(tk) ≥ bmin，同理，將該條件帶入到式

10、(3)。得到：(8)式得到r(k)的一個上限值runder(k)，對于runder(k)＜r1的情形，此時不再有符合要求的r(k)，因此引入保護參數β(β≥1)。當runder(k)＜βr1時，即進入碼率復位機制。,三、論文的主要內容,13,三、論文的主要內容,當runder(k)＜βr1時，βr1可以是切片碼率等級集合R中某個大于 r1 的等級。此時，碼率等級直接復位為 r1 ，從而防止緩存下溢的情況發(fā)生。另一方面，對于

11、runder(k) ≥βr1 (β≥1)的情形：此時，滿足 r(k) ≥ r1。,三、論文的主要內容,論文的算法模型iii)均衡階段前面提到的是緩存上溢或者下溢的情況，對于p(t)=d(t)的情形：r(k) = r(k-1)算法總結,四、論文的理論分析,理論分析的特點論文中提出的算法，在分析、建模過程中引入了積分運算，很形象地描述了緩存空間的變化情況。同時，結合積分中值定理對計算過程進行了轉移。本文在自適應算法

12、中引入了緩存消耗速率p(t),而且對于p(t)和d(t)之間的計算關系也把握得很好。本文在下溢模型中引入了保護因子α，從而使算法選擇下載切片時在防止緩存下溢方面有更好的效果。,16,五、論文的仿真結果,論文的網絡仿真拓撲為了比較兩種速率自適應算法，考慮三種不同的場景：i）可用帶寬保持不變; ii）短期變化下的可用帶寬; iii）長期變化下的可用帶寬。 在每種情況下，示出所選擇的比特率和緩存占用率。由于在離散比特率選擇中有

13、很多重疊，所以這兩種方法的繪圖會有垂直交錯。 同一類別中的所有圖都具有相同的比特率。 在所有下列圖中，當選擇的比特率為零時，表示睡眠機制被實現，即空閑一段時間。,17,五、論文的仿真結果,論文提出的對比算法吞吐量 切換因子向上切換條件 ，逐級遞增向下切換條件 ，切換等級滿足 最大 i延遲時間

14、 tm：緩存媒體的時長 tmin：預定義的最小緩存媒體時間bc：當前下載媒體段的比特率 bmin：切片的最小比特率,五、論文的仿真結果,對比算法執(zhí)行框圖,五、論文的仿真結果,仿真參數配置可獲得比特率集合：保護因子 緩存器,五、論文的仿真結果,仿真結果圖及分析情形 i),五、論文的仿真結果,情形 ii)情形iii),六、論文的結論,結