一種基于感興趣區域的云游戲平臺自適應帶寬優化方法技術

本發明專利技術公開一種基于感興趣區域的云游戲平臺自適應帶寬優化方法，包括：將云游戲平臺運行周期切割成若干個時間段；在每一個時間段開始時，中央控制單元獲取每個游戲用戶的帶寬信息；中央控制單元基于當前收集的帶寬信息求解決策結果，其決策結果包括每個游戲用戶的感興趣區域大小；基于獲取的決策結果對每一個游戲用戶的游戲畫面進行視頻編碼。本發明專利技術充分考慮了不同游戲類型對于用戶體驗質量的影響，針對不同的游戲類型提出了對應的視頻編碼參數選擇方式。同時，本發明專利技術還充分考慮了生物學、認知心理學與計算機科學對人類視覺系統的研究成果，通過調整游戲畫面中感興趣區域大小，在盡可能少地影響用戶體驗質量的前提下，降低云游戲對帶寬的占用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及云游戲和云計算資源管理領域，具體涉及了一種基于感興趣區域的云游戲平臺自適應帶寬優化方法。
技術介紹
近年來，隨著寬帶技術的普及，GPU虛擬化技術的快速發展以及游戲產業的高速發展，越來越多的廠商開始推廣云游戲技術。云游戲平臺是以云計算為基礎的游戲方式，服務器端收集客戶端的用戶輸入，游戲邏輯及游戲畫面渲染都在服務器端運行，服務器將渲染完畢后的游戲畫面編碼為視頻流后通過網絡傳送給用戶。用戶不需要購買價格昂貴的處理器和顯卡，不需要下載容量龐大的游戲安裝文件，只需要有良好的網絡連接，以及基礎的視頻解壓能力即可進行游戲。云游戲技術還可以讓用戶在移動終端上享受到以往只能在PC平臺上運行的游戲。云游戲平臺架構主要由游戲用戶和云游戲服務提供商構成。云游戲服務提供商提供若干種游戲供用戶選擇，用戶根據喜好選擇不同的游戲。用戶對不同的游戲類型有不同的畫質要求，同時不同的游戲類型對網絡帶寬的消耗也不一樣。隨著游戲質量的日益進步，游戲的分辨率與游戲畫面的精細程度日益提高，從而導致游戲畫面編碼后產生的視頻大小也不斷提高。不斷提高的游戲視頻大小不但給云游戲提供商造成了網絡帶寬的成本壓力，也提高了云游戲用戶的使用門檻。因此在盡可能少的影響畫質的前提下降低云游戲對帶寬的占用，能夠為云游戲提供商和用戶帶來雙贏。根據生物學、認知心理學和計算機科學等多個學科的研究成果，人類視覺系統(HumanVisualSystem，HVS)面對復雜的場景時，能夠迅速將注意力集中在少數顯著的視覺對象上對其優先處理。基于這一思想，感興趣區域(RegionofInterest，ROI)被提出并逐漸發展。從圖像或視頻畫面中提取感興趣區域有多種方法，如手工指定、利用外設采集用戶注視點、基于視覺注意模型提取、基于特定對象分割等方法。在確定了感興趣區域的大小及位置之后，可以通過設置視頻編碼器的相關編碼參數，控制感興趣區域內部和外部的視頻質量，從而控制游戲視頻的大小。通過適當的方法選定感興趣區域的大小以及感興趣區域內部和外部的視頻質量，可以實現游戲視頻質量與游戲視頻所需帶寬之間的平衡。綜上所述，從云游戲提供商的角度出發，為了降低帶寬成本，同時保證游戲用戶的良好游戲體驗，云游戲平臺需要設計一種方法來選擇用戶的感興趣區域大小，使得云游戲提供商能夠在保證用戶體驗的前提下盡可能節約帶寬成本。“H.J.Hong，C.F.Hsu，T.H.Tsai，C.Y.Huang，K.T.ChenandC.H.Hsu，“EnablingAdaptiveCloudGaminginanOpen-SourceCloudGamingPlatform”，IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology，Volume.25，Issue.12，Page2078-2091，2015.”測量了游戲用戶體驗質量與游戲視頻幀率和碼率之間的關系，并提出了調整游戲視頻幀率與碼率來調整云游戲視頻占用帶寬的自適應優化方法。該技術中調整游戲幀率和碼率屬于全局參數調節，沒有考慮游戲畫面中重要區域與非重要區域對用戶的體驗質量影響不同的因素，對用戶體驗質量的影響較大。“E.Cuervo，A.Wolman，L.P.Cox，K.Lebeck，A.Razeen，S.SaroiuandM.Musuvathi，“Kahawai:High-QualityMobileGamingUsingGPUOffload”，inMobiSys，2015.”提出了云游戲服務端和客戶端均擁有完整的游戲程序與數據，通過協同工作的方式生成游戲畫面的技術。客戶端運行游戲并生成低畫質的畫面。服務器端分別運行兩個游戲實例生成低畫質和高畫質的畫面，并計算兩個畫面之間的差值，然后將差值畫面編碼后傳輸到客戶端。客戶端將本地生成的低畫質畫面與解碼后的差值畫面合并生成較高畫質的畫面。該技術通過傳輸編碼后的差值畫面可以降低云游戲的帶寬需求。在該技術中，由于要求客戶端也需要擁有完整的游戲程序和數據，導致客戶端也需要安裝完整的游戲程序，與云游戲節約用戶端空間的初衷存在沖突。同時，由于客戶端也需要運行游戲程序，這使得客戶端無法跨平臺跨終端進行游戲，同時也提高了客戶端的硬件需求。“M.S.Hossain，G.Muhammad，B.Song，M.M.Hassan，A.AlelaiwaiandA.Alamri，“Audio-VisualEmotion-AwareCloudGamingFramework”，IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology，Volume.25，Issue.12，Page2105-2118，2015.”提出了一種基于用戶音頻和視頻反饋的可感知用戶情緒的云游戲平臺框架。該技術通過調節游戲視頻畫面的顏色分量以及亮度和對比度，來增強游戲用戶的體驗質量。該技術調節的參數(顏色分量、亮度及對比度)對用戶的體驗質量的影響并不顯著。該技術無法實現帶寬的優化。同時，通過用戶的音頻和視頻反饋的情緒分類和標注如何保證準確性仍存在一定的問題。“W.Cai，Z.Hong，X.Wang，H.C.B.ChanandV.C.M.Leung，“QualityofExperienceOptimizationforCloudGamingSystemwithAd-hocCloudletAssistance”，IEEETransactionsonCircuitsandSystemsforVideoTechnology，Volume.25，Issue.12，Page2092-2104，2015.”該技術提出了局域網內部的游戲用戶通過自組網的方式相互共享相似的游戲畫面，從而實現降低云游戲用戶總體帶寬需求的目標。該技術的前提假設是局域網內部的用戶大部分都在進行相同的游戲，同時游戲畫面之間具有較高的相似性，然而在現實情況中該假設難以實現。另外，設備通過自組網共享游戲畫面，會增加移動終端的電量消耗，該技術缺乏對用戶共享計算能力的激勵措施，難以在現實情況中應用。
技術實現思路
針對目前云游戲平臺存在的帶寬占用過高問題，為了在滿足游戲用戶體驗的基礎上，盡可能降低云游戲運營商的帶寬成本以及用戶的網絡帶寬需求，本專利技術提出了一種基于感興趣區域的云游戲平臺自適應帶寬優化方法。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案為：一種基于感興趣區域的云游戲平臺自適應帶寬優化方法，包括以下步驟：S1.將云游戲平臺運行周期切割成若干個時間段；S2.在每一個時間段開始時，中央控制單元獲取每個游戲用戶的帶寬信息；S3.中央控制單元基于當前收集的帶寬信息求解決策結果，其決策結果包括每個游戲用戶的感興趣區域大小；S4.基于獲取的決策結果對每一個游戲用戶的游戲畫面進行視頻編碼；步驟S3中求解獲得決策結果的方式為：云游戲運營商通過中央控制單元收集每個用戶當前帶寬信息，通過貪心算法分配不同的感興趣區域大小給各個用戶，保證每個用戶的游戲視頻帶寬不超過其網絡帶寬，所有用戶占用的總帶寬不超過服務器出口帶寬，同時使整體的QoE指標之和最大化；步驟S4中進行視頻編碼的方式為：云游戲服務商使用視頻編碼器，根據預先設定的各用戶的感興趣區域外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于感興趣區域的云游戲平臺自適應帶寬優化方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.將云游戲平臺運行周期切割成若干個時間段；S2.在每一個時間段開始時，中央控制單元獲取每個游戲用戶的帶寬信息；S3.中央控制單元基于當前收集的帶寬信息求解決策結果，其決策結果包括每個游戲用戶的感興趣區域大小；S4.基于獲取的決策結果對每一個游戲用戶的游戲畫面進行視頻編碼；步驟S3中求解獲得決策結果的方式為：云游戲運營商通過中央控制單元收集每個用戶當前帶寬信息，通過貪心算法分配不同的感興趣區域大小給各個用戶，保證每個用戶的游戲視頻帶寬不超過其網絡帶寬，所有用戶占用的總帶寬不超過服務器出口帶寬，同時使整體的QoE指標之和最大化；步驟S4中進行視頻編碼的方式為：云游戲服務商使用視頻編碼器，根據預先設定的各用戶的感興趣區域外部和內部的QP差值，與步驟S3中得到的感興趣區域大小共同生成畫面中每一個Macro?Block的QP值，然后視頻編碼器接口進行畫面編碼。

【技術特征摘要】
1.一種基于感興趣區域的云游戲平臺自適應帶寬優化方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.將云游戲平臺運行周期切割成若干個時間段；S2.在每一個時間段開始時，中央控制單元獲取每個游戲用戶的帶寬信息；S3.中央控制單元基于當前收集的帶寬信息求解決策結果，其決策結果包括每個游戲用戶的感興趣區域大小；S4.基于獲取的決策結果對每一個游戲用戶的游戲畫面進行視頻編碼；步驟S3中求解獲得決策結果的方式為：云游戲運營商通過中央控制單元收集每個用戶當前帶寬信息，通過貪心算法分配不同的感興趣區域大小給各個用戶，保證每個用戶的游戲視頻帶寬不超過其網絡帶寬，所有用戶占用的總帶寬不超過服務器出口帶寬，同時使整體的QoE指標之和最大化；步驟S4中進行視頻編碼的方式為：云游戲服務商使用視頻編碼器，根據預先設定的各用戶的感興趣區域外部和內部的QP差值，與步驟S3中得到的感興趣區域大小共同生成畫面中每一個MacroBlock的QP值，然后視頻編碼器接口進行畫面編碼。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中求解獲得決策結果的方式具體為：假設有N個用戶連接到云游戲服務器上進行游戲，云游戲提供商共提供K種游戲；令di(t)為用戶i在第t個時間段所分配的感興趣區域大小；為游戲類型k的用戶QoE與感興趣區域大小之間的函...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳迪，柯毅豪，
申請(專利權)人：中山大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44