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| 基于用户视窗的自适应360度全景视频传输的研究 摘要 随着虚拟现实（Virtual Reality，VR）的软件、硬件设备以及VR视频平台的不断发展与完善，虚拟现实迎来快速发展期。VR给用户带来全新的沉浸式体验，然后代价是相较于传统视频更大的数据量，虽然全景视频具有360度的特性，但是由于视域的限制，在某一时刻VR用户通过HMD只看到全景视频的一部分，基于传统的视频方法一方面无法满足网络状况多变情况下高数据通量的传输需求，另一面会造成部分的带宽资源浪费，因此综合考虑网络状况、用户视窗变化的自适应传输策略是解决这一问题的关键。 本文结合基于HTTP的动态自适应流（Dynamic Adaptive Streaming over HTTP，DASH）技术，针对基于用户视窗的全景视频的自适应传输展开研究，具体研究如下： 首先，基于人眼视角特性和头部运动特性，给出了一种全景视频区域优先级划分方案，不同优先级区域对应不同质量等级的全景视频内容。然后，基于带宽估计、缓存区状态以及用户视窗预测，给出了一种全景视频自适应传输策略。基于带宽估计和缓存区状态预测可用带宽，基于运动惯性预测用户视窗，结合预测可用带宽和预测用户视窗确定待传输全景视频优先级区域的质量等级组合，实现自适应传输。 其次，基于给出的全景视频自适应传输策略，设计并实现了全景视频自适应传输系统。全景视频自适应传输系统包括服务器端和客户端，服务器端负责视频DASH内容准备，客户端负责自适应决策逻辑。客户端包括：MPD文件解析模块、终端决策模块、请求下载模块、带宽估计模块、视频缓存模块、播放器模块、用户视窗感知模块。 最后，对全景视频自适应传输系统进行功能测试和性能测试，将给出的自适应传输方法和传统传输方法进行实验验证与对比分析，验证本文提出的全景视频自适应传输策略的有效性。系统实验测试表明，本文的全景视频自适应传输方法能够在保证用户体验质量的基础上平均节省68%的传输带宽。 关键词：全景视频，DASH，自适应传输，用户视窗 目录 第1章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.2.1 传统视频自适应传输技术的研究 1 1.2.2 全景视频自适应传输技术的研究 2 1.3 课题来源与本文主要工作 2 1.4 本文组织结构 3 第2章 相关技术 6 2.1 全景视频相关基础知识 6 2.1.1 全景视频采集 6 2.1.2 投影映射 7 2.1.3 全景拼接 7 2.1.4 全景视频编码 9 2.2 传统流媒体传输技术 9 2.2.1 实时传输协议RTP 9 2.2.2 实时传输控制协议RTCP 10 2.2.3 实时流传输协议RTSP 10 2.3 基于HTTP的流媒体传输技术 11 2.3.1 HTTP渐进式下载流媒体技术 11 2.3.2 HTTP自适应流技术 13 2.4 MPEG-DASH相关技术 14 2.4.1 DASH主要特点 15 2.4.2 DASH工作原理 16 2.4.3 媒体表示描述文件MPD 16 2.4.4 空间关系描述SRD 19 2.5 流媒体传输技术对比分析 20 2.6 本章小结 25 第3章 全景视频自适应传输策略的研究 26 3.1 全景视频区域优先级划分 26 3.1.1 人眼视角特性 26 3.1.2 用户视窗 27 3.1.3 区域优先级划分 29 3.2 卡尔曼滤波算法 24 3.3 全景视频自适应传输策略 32 3.3.1 带宽估计 33 3.3.2 缓存区状态 34 3.3.3 用户视窗预测 35 3.3.4 基于带宽估计、缓存区状态及用户视窗的自适应传输策略 37 3.4 本章小结 40 第4章 全景视频传输系统的设计与实现 41 4.1 全景视频传输系统相关工具介绍 21 4.1.1 FFmpeg介绍 21 4.1.2 GPAC介绍 22 4.1.3 Nginx介绍 23 4.1.4 VLCJ介绍 23 4.1.5 opentrack介绍 24 4.2 DASH文件制作与服务器端搭建 42 4.2.1 DASH视频文件的制作 42 4.2.2 服务器端搭建 44 4.3 客户端相关功能模块设计与实现 45 4.3.1 MPD文件解析模块 46 4.3.2 请求下载模块 51 4.3.3 用户视窗感知模块 52 4.3.4 播放器 54 4.4 本章小结 55 第5章 实验与分析 56 5.1 实验环境 56 5.1.1 硬件环境 56 5.1.2 软件环境 57 5.2 测试与分析 58 5.3 本章小结 62 第6章 总结与展望 63 6.1 总结 63 6.2 展望 63 参考文献 65 致谢 69 |
