[發(fā)明專利]可伸縮視頻流多速率組播通信的最優(yōu)速率分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910052029.3
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101568026A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設計）人: 鄒君妮;江璐;汪敏;譚沖
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24;H04L12/18;H04L12/56;H04L29/06
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發(fā)明涉及一種可伸縮視頻流多速率組播通信的最優(yōu)速率分配方法，包括分發(fā)網(wǎng)絡的構建、鏈路速率的分配、多路徑路由以及分布式算法設計等內(nèi)容。為了實現(xiàn)異構網(wǎng)絡環(huán)境中用戶整體效用的最大化，結合多速率多徑路由、網(wǎng)絡編碼技術和網(wǎng)絡流量控制等方法，為每個視頻編碼層尋求傳輸代價最小的分配網(wǎng)絡，以滿足了可伸縮視頻編碼層間依賴性的需求。

技術背景

多速率組播技術因其能適應不同用戶的需求以及時變的網(wǎng)絡環(huán)境，成為了異構網(wǎng)絡中視頻內(nèi)容分發(fā)的重要技術之一。從源端編碼的角度來看，原始數(shù)據(jù)的分層或分級編碼，例如JVT/MPEG組織制定的可伸縮視頻編碼(SVC，Scalable?Video?Coding)標準，允許視頻以多個速率進行傳輸和編碼，逐步提高視頻質量，通過在編、解碼器以及網(wǎng)絡中間節(jié)點的速率匹配，以得到更高效的率失真性能。

可伸縮視頻編碼流包含了一個基本層和多個增強層，這些靈活多維的層結構在空間分辨率、時域幀速率以及視頻的重建質量上提供了多個接入點。在以多速率組播的方式傳輸SVC流時，由不同的IP組播組傳遞各個SVC層，每個接收節(jié)點按其不同的處理能力以及不同的鏈路容量加入一定數(shù)量的組播組，從而得到同一內(nèi)容在不同尺度組合下的視頻圖像。

現(xiàn)在的流量控制方案，往往基于架構確定的樹狀或網(wǎng)狀分發(fā)網(wǎng)絡，并且通過源點驅動進行擁塞控制，不適用于動態(tài)變化的異構網(wǎng)絡結構。本發(fā)明對傳輸網(wǎng)絡分層利用率的最大化進行了研究，其中每個接收點都有多條路徑可供選擇。另外，本發(fā)明提出的基于網(wǎng)絡編碼技術的多速率組播方案能夠提高網(wǎng)絡的傳輸性能以及視頻流的質量。

現(xiàn)有的網(wǎng)絡性能優(yōu)化方案主要集中于端與端的資源分配，在研究網(wǎng)絡利用率最大化的問題時，沒有充分地考慮視頻編碼層間的優(yōu)先級。本發(fā)明對可伸縮視頻編碼的層間依賴性進行了研究，以及如何將這一性質與多路徑視頻流和基于網(wǎng)絡編碼的路由相結合，從而達到最佳網(wǎng)絡性能。

網(wǎng)絡編碼可以實現(xiàn)單源多匯組播的最大流通信。現(xiàn)有的速率分配方案都通過網(wǎng)絡編碼技術來提高分層組播的吞吐量，但這些方案主要關注于整個網(wǎng)絡吞吐量的最大化或接收端接收到的視頻層數(shù)數(shù)量的最大化，僅僅將問題簡化為一個整數(shù)線性規(guī)劃問題，忽略了用戶視頻接收效用的最大化以及可伸縮視頻編碼的層間依賴性問題。

發(fā)明內(nèi)容??本發(fā)明的目的在于針對可伸縮視頻流多速率組播通信中往往忽略層間依賴性以及視頻編碼層代價值的兩個問題，而提供一種可伸縮視頻流多速率組播通信的最優(yōu)速率分配方法。為實現(xiàn)異構網(wǎng)絡環(huán)境下的用戶整體效用最大化，提供一種完全分布式的速率分配算法，有效地利用了網(wǎng)絡的帶寬資源，并且通過網(wǎng)絡編碼的引入，不僅提高了網(wǎng)絡整體吞吐量，同時也為接收端提供了更佳的視頻質量。

為達到上述目的，本發(fā)明的構思是：將多速率多徑路由、中繼節(jié)點的網(wǎng)絡編碼和網(wǎng)絡化流量控制技術進行了聯(lián)合優(yōu)化，并且在選擇最佳組播傳輸路徑和分配各層次視頻流傳輸速率時，兼顧了視頻編碼層的碼流優(yōu)先級問題。一方面，為每個視頻編碼層尋求代價最小的傳輸網(wǎng)絡；另一方面，同時滿足可伸縮視頻編碼層間依賴性的需求。此外，本發(fā)明還提出了一種完全分布式的速率分配算法，采用拉格朗日對偶方法將原始凸優(yōu)化問題分解為高階和低階兩個子優(yōu)化問題，既實現(xiàn)了資源的最優(yōu)分配，又便于分布式求解。

一種可伸縮視頻流多速率組播通信的最優(yōu)速率分配方法，其特征在于根據(jù)上述發(fā)明構思，采用下述步驟實現(xiàn)異構網(wǎng)絡環(huán)境中用戶效用的最大化：第一，將多速率多徑路由、中繼節(jié)點的網(wǎng)絡編碼和網(wǎng)絡化流量控制進行聯(lián)合優(yōu)化；第二，在選擇最佳組播傳輸路徑和分配各層次視頻流傳輸速率時，兼顧視頻編碼層的碼流優(yōu)先級問題，不僅為每個視頻編碼層尋求代價最小的傳輸網(wǎng)絡，也同時滿足可伸縮視頻編碼層間依賴性的需求；第三，采用完全分布式的速率分配算法，即采用拉格朗日對偶方法將原始凸優(yōu)化問題分解為高階和低階兩個子優(yōu)化問題，既實現(xiàn)資源的最優(yōu)分配，又便于分布式求解。

上述第一步驟中的聯(lián)合優(yōu)化是：每個接收節(jié)點在編碼網(wǎng)絡中接收各層次視頻流時，同時選用多條路由路徑；基于這些路徑，將網(wǎng)絡編碼運用在不同接收節(jié)點的交叉路徑上，進一步提高網(wǎng)絡的吞吐量。

上述第二步驟中的兼顧視頻編碼層的碼流優(yōu)先級問題是：在選擇路由和進行流量分配時，使最低層的傳輸代價最小，同時保證從低層到高層的傳輸代價依次遞增，以滿足接收端的解碼要求。