一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法技術

本發明專利技術提供了一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，包括：在運營服務商網絡接入點進行流量采集；根據熱門視頻服務器域名，ip地址，端口以及熱門視頻編號ID匹配規則對網絡接入點采集的用戶流量過濾出熱門視頻流量；檢測視頻傳輸脈沖現象并提取視頻數據流中的脈沖信息；對提取的脈沖信息進行計算得出視頻播放過程中的平均播放碼率；在運營服務商網絡接入點進行用戶流量數據采集并過濾出熱門視頻流量；提取視頻播放信息；利用求出的平均播放碼率和視頻播放信息，計算出用戶終端視頻緩沖區中的視頻數據大小；檢測出終端用戶的視頻卡頓情況。本發明專利技術可用于運營服務商在網絡接入點上對用戶終端的視頻服務質量進行評估，為提高接入服務質量提供依據。

【技術實現步驟摘要】
一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法
本專利技術屬于網絡空間安全
，涉及一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法。
技術介紹
近幾年，由于4G網絡的普及以及網絡基礎設施的不斷完善，視頻流量已經占據全球流量的主導地位。2019年底，視頻下行流量在全球應用流量中已經達到了60.6％。同時，隨著5G的發展，視頻業務應用會愈加廣泛，如此快速的增長讓網絡移動運營商也不得不從根本上重新考慮和優化其運營網絡。為了進行這樣的優化和容量規劃，運營商必須深入了解和監控視頻交付方面的服務體驗質量(QoE)。針對有限的移動網絡帶寬，合理地提供網絡接入服務、提供優質的移動視頻體驗，網絡服務提供商需要客觀的QoE評估才能改善網絡利用率。當前國內外研究影響視頻QoE的因素，主要選取三個影響因素，分別是比特率變化，初始時延以及卡頓，通過分別比較三個因素對視頻QoE的影響程度，研究者們得出了相比于初始時延等指標，播放卡頓對視頻QoE的影響更嚴重的結論。所以，針對視頻卡頓檢測方法的研究也成為近幾年研究熱點之一。研究視頻卡頓檢測方法的主要方案有基于圖像特征的質量指標和網絡運營商流量監控等。但這些方法均具有問題，效果并不理想。(1)基于圖像特征質量指標的方法這類方法提出了基于圖像特征的質量指標，以評估卡頓視頻的用戶體驗，這類方法通過對已解碼的視頻提取圖像特征來估計卡頓數量和持續時間。但這類方法存在如下問題：一方面，運營服務商很難在網絡接入點對在客戶端上播放的視頻進行解碼，并提取圖像特征；另一方面，運營服務商在網絡接入點很難重現出真實的用戶終端播放場景，所以該方案對于網絡運營商可用性有待進一步研究(2)網絡運營商流量監控方法網絡運營商流量監控方法是運營商進行卡頓檢測方法的主要方法，這類方法主要通過網絡流量參數(包括視頻片段播放碼率，初始延遲和緩沖區播放恢復閾值)來重建視頻播放和卡頓過程。但是這類方法中這些參數的獲得方法存在問題，例如計算視頻片段播放碼率時需要借助一些先驗知識比如不同視頻平臺在不同清晰度下需要滿足的視頻播放碼率范圍；有的需要通過對大量的視頻卡頓數據進行訓練得到模型從而來預測卡頓，訓練前需要提取大量的視頻流量特征，實現起來均較為困難。顯然，視頻卡頓情況是影響視頻QoE的一個最重要的因素，而了解用戶需求，評估用戶的終端QoE是網絡運營商的急需解決的問題，但是現有方法對于網絡運營商檢測用戶終端視頻卡頓效果都不太理想。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術提出了一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，通過對服務商網絡接入點的流量進行采集，過濾出熱門視頻流量并檢測視頻傳輸脈沖現象，繼而計算出視頻的脈沖信息和播放信息，然后利用視頻平均播放碼率和視頻播放信息得到視頻緩沖區中視頻數據大小，最后檢測終端用戶視頻卡頓情況。為了達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，包括如下步驟：(1)在運營服務商網絡接入點通過數據采集設備采集流量；(2)對在網絡接入點采集的流量進行處理，過濾出熱門視頻數據流量，檢測熱門視頻數據流量的視頻傳輸脈沖現象并計算視頻傳輸脈沖信息，包括視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小；(3)利用提取出的視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻播放時長以及視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小來計算視頻播放過程中的平均播放碼率；(4)在運營服務商網絡接入點通過數據采集設備采集用戶流量過濾出熱門視頻數據流量并提取出視頻播放信息；(5)利用在步驟(3)中求得的視頻播放過程中的平均播放碼率和步驟(4)獲得的視頻播放信息求出用戶終端上視頻播放過程中其他信息，包括已經播放數據大小，緩沖區中數據大小，緩沖區中數據可播放時長；(6)根據步驟(5)中得出的視頻播放過程中的緩沖區信息，檢測到終端用戶的視頻卡頓情況。進一步的，所述步驟(2)具體包含如下子步驟：(2.1)對照四個匹配規則對經過服務商網絡接入點的用戶流量過濾出熱門視頻流量，所述四個匹配規則包括：熱門視頻列表中的熱門視頻服務器域名，熱門視頻服務器ip，端口號以及從用戶應用層請求中解析出的熱門視頻編號ID；(2.2)檢查視頻流量輸入/輸出圖，檢測出穩定脈沖的熱門視頻數據流量；(2.3)計算視頻傳輸的脈沖信息，包括視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小。進一步的，所述穩定脈沖指的是視頻數據在客戶端緩存區存滿時暫停傳輸，而在緩存區不滿時能夠繼續正常傳輸，體現在流量輸入/輸出圖上為視頻傳輸脈沖。進一步的，所述步驟(2.3)中，通過如下方式計算視頻傳輸脈沖的開始和結束時間：判斷視頻數據傳輸是否暫停，如果暫停，則當繼續傳輸視頻數據時的時間點標記為下一次脈沖的開始時間，如果不暫停，則當暫停傳輸視頻數據時的時間點標記為當前脈沖的結束時間；通過如下方式計算視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小：根據脈沖開始到脈沖結束這段持續時間內的視頻TCP數據和UDP數據的總和來計算。進一步的，通過如下方式判斷視頻數據傳輸是否暫停：根據連續2秒每0.1秒內服務器傳輸的數據量是否小于5KB。進一步的，所述步驟(3)中通過如下公式計算視頻播放過程中的平均播放碼率：len1-lenbuffer＝V*(t2-t1)(1)len2-lenbuffer＝V*(t4-t1)(2)(2)式減去(1)式，得到len2-len1＝V*(t4-t2)平均碼率：其中，t1為開始播放的時間點，t2為視頻傳輸脈沖的結束時間，lenbuffer為整個緩存區的大小，len1為t1到t2時間內傳輸視頻數據長度，len2為t1到t4時間內傳輸視頻數據長度，t4為下一次視頻傳輸脈沖的結束時間。進一步的，所述步驟(4)具體包含如下子步驟：(4.1)對在服務商網絡接入點采集的用戶視頻流量進行報文匹配過濾出報文流中的熱門視頻數據流，過濾時選取四個匹配規則：視頻服務器域名，視頻服務器ip，端口號以及從用戶應用層請求中解析出的熱門視頻編號ID；(4.2)計算視頻的播放信息，包括視頻播放時長Tplay以及視頻播放時長內的傳輸數據大小Datatransfer。進一步的，所述步驟(4.2)中視頻播放時長根據視頻開始播放到該報文到達的時間間隔來計算，播放時長內的傳輸數據大小則根據播放時長內的視頻TCP數據和UDP數據的總和來計算。進一步的，所述步驟(5)中其他數據提取信息包括：已播放數據大小Dataplay，緩沖區中數據大小leninbuffer和緩沖區中數據可播放時長Tinbuffer，計算公式如下：Dataplay＝V*Tplayleninbuffer＝Datatransfer-DataplayTinbuffer＝leninbuffer/V其中V為步驟3中求出的平均播放碼率，Tplat為步驟(4.2)中計算出的視頻播放時長，Dat本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：/n(1)在運營服務商網絡接入點通過數據采集設備采集流量；/n(2)對在網絡接入點采集的流量進行處理，過濾出熱門視頻數據流量，檢測熱門視頻數據流量的視頻傳輸脈沖現象并計算視頻傳輸脈沖信息，包括視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小；/n(3)利用提取出的視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻播放時長以及視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小來計算視頻播放過程中的平均播放碼率；/n(4)在運營服務商網絡接入點通過數據采集設備采集用戶流量過濾出熱門視頻數據流量并提取出視頻播放信息；/n(5)利用在步驟(3)中求得的視頻播放過程中的平均播放碼率和步驟(4)獲得的視頻播放信息求出用戶終端上視頻播放過程中其他信息，包括已經播放數據大小，緩沖區中數據大小，緩沖區中數據可播放時長；/n(6)根據步驟(5)中得出的視頻播放過程中的緩沖區信息，檢測到終端用戶的視頻卡頓情況。/n

【技術特征摘要】
1.一種基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)在運營服務商網絡接入點通過數據采集設備采集流量；
(2)對在網絡接入點采集的流量進行處理，過濾出熱門視頻數據流量，檢測熱門視頻數據流量的視頻傳輸脈沖現象并計算視頻傳輸脈沖信息，包括視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小；
(3)利用提取出的視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻播放時長以及視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小來計算視頻播放過程中的平均播放碼率；
(4)在運營服務商網絡接入點通過數據采集設備采集用戶流量過濾出熱門視頻數據流量并提取出視頻播放信息；
(5)利用在步驟(3)中求得的視頻播放過程中的平均播放碼率和步驟(4)獲得的視頻播放信息求出用戶終端上視頻播放過程中其他信息，包括已經播放數據大小，緩沖區中數據大小，緩沖區中數據可播放時長；
(6)根據步驟(5)中得出的視頻播放過程中的緩沖區信息，檢測到終端用戶的視頻卡頓情況。


2.根據權利要求1所述的基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，其特征在于，所述步驟(2)具體包含如下子步驟：
(2.1)對照四個匹配規則對經過服務商網絡接入點的用戶流量過濾出熱門視頻流量，所述四個匹配規則包括：熱門視頻列表中的熱門視頻服務器域名，熱門視頻服務器ip，端口號以及從用戶應用層請求中解析出的熱門視頻編號ID；
(2.2)檢查視頻流量輸入/輸出圖，檢測出穩定脈沖的熱門視頻數據流量；
(2.3)計算視頻傳輸的脈沖信息，包括視頻傳輸脈沖的開始和結束時間，視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小。


3.根據權利要求2所述的基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，其特征在于，所述穩定脈沖指的是視頻數據在客戶端緩存區存滿時暫停傳輸，而在緩存區不滿時能夠繼續正常傳輸，體現在流量輸入/輸出圖上為視頻傳輸脈沖。


4.根據權利要求2所述的基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，其特征在于，所述步驟(2.3)中，
通過如下方式計算視頻傳輸脈沖的開始和結束時間：判斷視頻數據傳輸是否暫停，如果暫停，則當繼續傳輸視頻數據時的時間點標記為下一次脈沖的開始時間，如果不暫停，則當暫停傳輸視頻數據時的時間點標記為當前脈沖的結束時間；
通過如下方式計算視頻傳輸脈沖持續時間內的傳輸數據大小：根據脈沖開始到脈沖結束這段持續時間內的視頻TCP數據和UDP數據的總和來計算。


5.根據權利要求4所述的基于流量分析的視頻卡頓檢測方法，其特征在于，通過如下方式判斷視頻數據傳輸是否暫停：根據連續2秒每0.1秒內服務器傳輸的數據量是否小于5KB。


6.根據權利要求1所述的基于流量...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳樺，劉亞，周煦彭，程光，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32