本發(fā)明屬于多媒體云計(jì)算領(lǐng)域，涉及到HTTP自適應(yīng)流媒體直播技術(shù)，特別是涉及到一種QoE驅(qū)動(dòng)的HTTP自適應(yīng)流媒體直播服務(wù)器集群部署方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種智能終端的普及，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的傳輸協(xié)議HTTP(Hyper Text Transport Protocol，超文本傳輸協(xié)議)因其良好的兼容性、適配性和友好性逐漸開(kāi)始替代傳統(tǒng)的流媒體傳輸協(xié)議(如RTSP，real time streaming protocol、實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議)成為流媒體服務(wù)提供商首選的傳輸協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)的自適應(yīng)傳輸，HTTP自適應(yīng)流媒體服務(wù)器需要將同一內(nèi)容的節(jié)目源編碼成多個(gè)不同質(zhì)量級(jí)別的流媒體數(shù)據(jù)，并將同一個(gè)質(zhì)量級(jí)別的流媒體數(shù)據(jù)切個(gè)成若干時(shí)間上連續(xù)、不重疊的片段，通過(guò)HTTP協(xié)議分發(fā)，以適應(yīng)不同設(shè)備和不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高用戶使用流媒體服務(wù)的體驗(yàn)質(zhì)量(QoE，Quality of Experience)。

提高自適應(yīng)流媒體服務(wù)QoE的方法大致分為三類：

1)客戶端：在流媒體播放器內(nèi)實(shí)現(xiàn)獲取流媒體數(shù)據(jù)的自適應(yīng)邏輯，讓播放器在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境允許的情況下，盡可能的獲取高質(zhì)量級(jí)別的流媒體片段，同時(shí)減少播放卡頓。

2)網(wǎng)絡(luò)端：優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，比如提供服務(wù)質(zhì)量QoS(QualityofService)保證，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬、穩(wěn)定性，減少網(wǎng)絡(luò)丟包，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲等。

3)服務(wù)端：通過(guò)選擇合適的流媒體片段時(shí)長(zhǎng)，配置合適的流媒體輸出編碼集等措施提高QoE。

據(jù)申請(qǐng)人檢索和查新，檢索到的以下幾篇與本發(fā)明相關(guān)的屬于HTTP自適應(yīng)流媒體直播領(lǐng)域的專利，它們分別是：

1.發(fā)明專利201510309733.8，基于動(dòng)態(tài)自適應(yīng)碼率傳輸協(xié)議HLS流媒體的直播方法和服務(wù)器；

2.發(fā)明專利201510372018.9，流媒體直播調(diào)度方法、系統(tǒng)和調(diào)度服務(wù)器。

上述專利1中，發(fā)明人公開(kāi)了一種基于動(dòng)態(tài)自適應(yīng)碼率傳輸協(xié)議HLS流媒體的直播方法和服務(wù)器，在所述專利中的服務(wù)器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)屬性信息確定初始片段時(shí)長(zhǎng)和初始編碼速率，如果網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好，則提供較短的直播延時(shí)和盡量高的流媒體的視頻清晰度，如果網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差，盡量保證直播連貫，提供盡可能好的用戶體驗(yàn)，但是并未從整個(gè)服務(wù)平臺(tái)總體考慮直播服務(wù)的QoE，以及沒(méi)有相應(yīng)的QoE量化模型。

上述專利2中。發(fā)明人公開(kāi)了一種流媒體直播調(diào)度方法、系統(tǒng)和調(diào)度服務(wù)器，在所述專利中調(diào)度服務(wù)器對(duì)核心機(jī)組中核心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；當(dāng)調(diào)度服務(wù)器接收到發(fā)布點(diǎn)服務(wù)器推送的直播流請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)核心機(jī)組中核心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的運(yùn)行狀況，從核心機(jī)組中選取可用的核心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，將選取的核心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的信息發(fā)送至發(fā)布點(diǎn)服務(wù)器，發(fā)布點(diǎn)服務(wù)器在接收到所述核心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的信息時(shí)，將直播流發(fā)布至所述選取的核心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上；持久化存儲(chǔ)選取的核心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和直播流之間的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)核心節(jié)點(diǎn)的高效配置，節(jié)約了部署成本，但是未考慮影響用戶體驗(yàn)質(zhì)量的直播流的輸出視頻集合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種QoE驅(qū)動(dòng)的HTTP自適應(yīng)流媒體直播服務(wù)器集群部署方法，以直播頻道QoE模型為基礎(chǔ)，利用不同質(zhì)量級(jí)別直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗矩陣，在有限物理機(jī)資源約束下，為運(yùn)行直播頻道的虛擬機(jī)選擇合適的物理機(jī)位置，分配相應(yīng)的物理機(jī)資源，并配置能使直播頻道QoE最大化的輸出視頻集合，解決在有限物理機(jī)資源成本環(huán)境下最大化直播平臺(tái)QoE的流媒體直播服務(wù)器集群部署問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

構(gòu)建直播頻道QoE量化模型和不同質(zhì)量級(jí)別的直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗代價(jià)矩陣，在已知用戶帶寬累積分布、直播頻道輸入的直播視頻源的質(zhì)量級(jí)別和物理資源分布的情況下，根據(jù)直播頻道不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合配置策略、資源消耗代價(jià)矩陣和直播頻道QoE量化模型分配并部署直播服務(wù)虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)直播服務(wù)QoE的最大化。

所述直播頻道QoE量化模型構(gòu)建步驟如下：

Step1：設(shè)置直播服務(wù)平臺(tái)直播視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M＝{r₁,r₂,...,r_i,...,r_n}，不同質(zhì)量級(jí)別的直播視頻以碼率r_i作為區(qū)分標(biāo)志，視頻質(zhì)量級(jí)別i越高表示體驗(yàn)質(zhì)量越好，直播視頻碼率r_i越大，其中1≤i≤n，；

Step2：設(shè)置直播頻道t的不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合O_t＝{s₁,s₂,...,s_i,...,s_m}且m≥1,s₁＝r₁,

Step3：獲取用戶帶寬累積分布函數(shù)F(x)，其表示用戶帶寬值小于x時(shí)的概率；

Step4：以直播視頻的碼率衡量用戶觀看直播視頻的QoE，按公式(1)量化計(jì)算直播頻道t的QoE值Q_t，相應(yīng)公式如下：

其中α，β為權(quán)重參數(shù)。

所述不同質(zhì)量級(jí)別直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗代價(jià)矩陣構(gòu)建步驟如下：

Step1：按照直播服務(wù)平臺(tái)直播視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M構(gòu)建n個(gè)不同質(zhì)量級(jí)別的視頻片段，視頻質(zhì)量級(jí)別為i的視頻片段時(shí)長(zhǎng)為l_i；

Step2：將任意視頻質(zhì)量級(jí)別為i的視頻片段離線轉(zhuǎn)碼為視頻質(zhì)量級(jí)別為j的視頻片段，且滿足i>j，同時(shí)記錄離線轉(zhuǎn)碼消耗的時(shí)間主機(jī)在離線轉(zhuǎn)碼期間的平均CPU占用率c_i,j，主機(jī)CPU核心數(shù)c₀；

Step3：生成直播視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼資源消耗矩陣C_n×n，其元素C(i,j)表示視頻質(zhì)量級(jí)別為i的直播視頻實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼為視頻質(zhì)量級(jí)別為j的直播視頻時(shí)對(duì)主機(jī)CPU一個(gè)核心的占用率，計(jì)算方法如下公式所示：

其中-1表示無(wú)意義的轉(zhuǎn)碼。

所述直播頻道不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合配置方法具體步驟如下：

Step1：獲取直播頻道t的輸入視頻質(zhì)量級(jí)別i(i>2)，獲取用戶帶寬累積分布函數(shù)F(x)，視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼資源消耗矩陣C_n×n以及物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a；

Step2：添加視頻質(zhì)量級(jí)別為1的視頻到輸出視頻集合O_t，即O_t＝{s₁}，更新物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a＝c_a-C(i,1)；

Step3：選擇視頻質(zhì)量級(jí)別為j(1<j<i)的視頻，將其加入到輸出視頻集合O_t中，即O_t＝O_t∪{s_j}，使得直播頻道t的QoE值的增量ΔQ_t最大化，滿足公式：

Step4：更新物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a＝c_a-C(i,j)；

Step5：重復(fù)Step3和Step4，直到物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a小于或等于0，或者所有質(zhì)量級(jí)別比i小的視頻都已經(jīng)加入到了輸出視頻集合中。

所述直播服務(wù)虛擬機(jī)的部署放置方法具體步驟如下：

Step1：獲取得H個(gè)不同固定直播頻道的輸入視頻質(zhì)量級(jí)別信息，即直播頻道H_i對(duì)應(yīng)質(zhì)量級(jí)別為L(zhǎng)_i，獲取N個(gè)物理機(jī)可用CPU核心數(shù)信息，即物理機(jī)P_j對(duì)應(yīng)可用CPU核心數(shù)為

Step2：假設(shè)每個(gè)直播頻道H_i配置的不同視頻質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合包含1到L_i-1，按所述直播頻道QoE量化模型和不同質(zhì)量級(jí)別直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗代價(jià)矩陣為直播頻道H_i計(jì)算其QoE值Q_i和其所消耗的CPU資源C_i；

Step3：將所有直播頻道按照Step2中所計(jì)算的QoE值Q_i遞減排序；

Step4：按Step3中對(duì)直播頻道排序的順序?yàn)槊總€(gè)直播頻道H_i創(chuàng)建直播服務(wù)虛擬機(jī)V_i，選擇剩余可用CPU資源最多的物理機(jī)P_j作為其部署環(huán)境，更新物理機(jī)P_j的可用CPU核心數(shù)并設(shè)置部署矩陣D_m×n中元素D(i,j)＝1；

Step5：對(duì)部署在物理機(jī)P_j上所有的直播服務(wù)虛擬機(jī)按其對(duì)應(yīng)直播頻道消耗CPU資源的比例分配CPU資源，記直播服務(wù)虛擬機(jī)V_i可得到的CPU資源為

Step6：按所述直播頻道不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合配置方法對(duì)這H個(gè)直播頻道分別配置輸出視頻集合。

與現(xiàn)有技術(shù)、方法相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于從服務(wù)端考慮HTTP自適應(yīng)流媒體直播服務(wù)的QoE，構(gòu)建了直播頻道QoE量化模型和不同質(zhì)量級(jí)別直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗代價(jià)矩陣，為服務(wù)器端的資源分配和調(diào)度提供了依據(jù)，在部署直播服務(wù)虛擬機(jī)時(shí)優(yōu)先考慮放置能給直播平臺(tái)提供更大QoE的直播頻道對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)，從而在物理機(jī)資源有限的情況下，最大程度上提高直播服務(wù)給用戶帶來(lái)的QoE。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中不同質(zhì)量級(jí)別直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗代價(jià)矩陣構(gòu)建工作流程圖。

圖2為本發(fā)明中直播頻道不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合配置方法流程圖。

圖3為本發(fā)明中直播服務(wù)虛擬機(jī)的部署放置方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

參考圖1，本發(fā)明一種QoE驅(qū)動(dòng)的HTTP自適應(yīng)流媒體直播服務(wù)器集群部署方法，具體實(shí)施按照以下步驟完成：

1.首先設(shè)置直播服務(wù)平臺(tái)直播視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M＝{r₁,r₂,...,r_i,...,r_n}，1≤i≤n，不同質(zhì)量級(jí)別的直播視頻以碼率r_i作為區(qū)分標(biāo)志，視頻質(zhì)量級(jí)別i越高表示體驗(yàn)質(zhì)量越好，直播視頻碼率r_i越大；

2.其次設(shè)置直播頻道t的不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合O_t＝{s₁,s₂,...,s_i,...,s_m}且m≥1,s₁＝r₁,

3.然后需要獲取用戶帶寬累積分布函數(shù)F(x)，其表示用戶帶寬值小于x時(shí)的概率；

4.緊接著，以直播視頻的碼率衡量用戶觀看直播視頻的QoE，按以下公式量化計(jì)算直播頻道t的QoE值Q_t，公式如下：

其中α，β為權(quán)重參數(shù)。

其中：不同質(zhì)量級(jí)別直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗代價(jià)矩陣構(gòu)建步驟如下：

1)按照直播服務(wù)平臺(tái)直播視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M構(gòu)建n個(gè)不同質(zhì)量級(jí)別的視頻片段，視頻質(zhì)量級(jí)別為i的視頻片段時(shí)長(zhǎng)為l_i；

2)將任意視頻質(zhì)量級(jí)別為i的視頻片段離線轉(zhuǎn)碼為視頻質(zhì)量級(jí)別為j的視頻片段，且滿足i>j，同時(shí)記錄離線轉(zhuǎn)碼消耗的時(shí)間主機(jī)在離線轉(zhuǎn)碼期間的平均CPU占用率c_i,j，主機(jī)CPU核心數(shù)c₀；

3)生成直播視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼資源消耗矩陣C_n×n，其元素C(i,j)表示視頻質(zhì)量級(jí)別為i的直播視頻實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼為視頻質(zhì)量級(jí)別為j的直播視頻時(shí)對(duì)主機(jī)CPU一個(gè)核心的占用率，計(jì)算方法如以下公式所示：

其中-1表示無(wú)意義的轉(zhuǎn)碼。

參考圖2，直播頻道不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合配置方法具體步驟如下：

1)獲取直播頻道t的輸入視頻質(zhì)量級(jí)別i(i>2，輸出視頻質(zhì)量級(jí)別小于輸入視頻，i為1時(shí)不能得到有效輸出視頻)，獲取用戶帶寬累積分布函數(shù)F(x)，視頻質(zhì)量級(jí)別自適應(yīng)集合M對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼資源消耗矩陣C_n×n以及物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a；

2)添加視頻質(zhì)量級(jí)別為1的視頻到輸出視頻集合O_t，即O_t＝{s₁}，更新物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a＝c_a-C(i,1)；

3)選擇視頻質(zhì)量級(jí)別為j(1<j<i)的視頻，將其加入到輸出視頻集合O_t中，即O_t＝O_t∪{s_j}，使得直播頻道t的QoE值的增量ΔQ_t最大化，滿足公式如下：

4)更新物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a＝c_a-C(i,j)；

5)重復(fù)Step3和Step4，直到物理機(jī)CPU可用核心數(shù)c_a小于或等于0，或者所有質(zhì)量級(jí)別比i小的視頻都已經(jīng)加入到了輸出視頻集合中。

參考圖3，直播服務(wù)虛擬機(jī)的部署放置方法具體實(shí)施步驟如下：

1)獲取H個(gè)不同固定直播頻道的輸入視頻質(zhì)量級(jí)別信息，即直播頻道H_i對(duì)應(yīng)質(zhì)量級(jí)別為L(zhǎng)_i，獲取N個(gè)物理機(jī)可用CPU核心數(shù)信息，即物理機(jī)P_j對(duì)應(yīng)可用CPU核心數(shù)為

2)假設(shè)每個(gè)直播頻道H_i配置的不同視頻質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合包含1到L_i-1，按所述直播頻道QoE量化模型和不同質(zhì)量級(jí)別直播視頻間實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼的資源消耗代價(jià)矩陣為直播頻道H_i計(jì)算其QoE值Q_i和其所消耗的CPU資源C_i；

3)將所有直播頻道按照(2)中所計(jì)算的QoE值Q_i遞減排序；

4)按(3)中對(duì)直播頻道排序的順序?yàn)槊總€(gè)直播頻道H_i創(chuàng)建直播服務(wù)虛擬機(jī)V_i，選擇剩余可用CPU資源最多的物理機(jī)P_j作為其部署環(huán)境，更新物理機(jī)P_j的可用CPU核心數(shù)并設(shè)置部署矩陣D_m×n中元素D(i,j)＝1；

5)對(duì)部署在物理機(jī)P_j上所有的直播服務(wù)虛擬機(jī)按其對(duì)應(yīng)直播頻道消耗CPU資源的比例分配CPU資源，記直播服務(wù)虛擬機(jī)V_i可得到的CPU資源為

6)按所述直播頻道不同質(zhì)量級(jí)別的輸出視頻集合配置方法對(duì)這H個(gè)直播頻道分別配置輸出視頻集合。