[發(fā)明專(zhuān)利]用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110100147.4
• 申請(qǐng)日: 2011-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102186072A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊紅凱;李成林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04N7/26
• 分類(lèi)號(hào): H04N7/26;H04N21/6405
• 代理公司: 上海交達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

1.一種用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況，利用可伸縮視頻編碼技術(shù)將視頻流編碼為多個(gè)可伸縮視頻編碼層，將每個(gè)視頻編碼層的碼率從單一的碼率點(diǎn)擴(kuò)展到一個(gè)容忍區(qū)間；

第二步，分層的可伸縮視頻流在經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多路徑路由傳輸時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，對(duì)應(yīng)于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部分的中繼節(jié)點(diǎn)分別采用對(duì)應(yīng)的帶寬約束；

第三步，每個(gè)無(wú)線(xiàn)接收節(jié)點(diǎn)結(jié)合可伸縮視頻編碼流的分層特性，將用戶(hù)接收并解碼某一層視頻編碼流之后視頻失真的減少量視為用戶(hù)的效用函數(shù)；

第四步，結(jié)合所述的網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)接收節(jié)點(diǎn)的要求，以及多徑路由技術(shù)，提出了混合網(wǎng)絡(luò)中用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題；最后采用完全分布式的速率分配算法進(jìn)行速率分配。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的可伸縮視頻編碼層在網(wǎng)絡(luò)中由不同的IP組播組通過(guò)多條路由路徑傳遞到各個(gè)無(wú)線(xiàn)接收節(jié)點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的容忍區(qū)間利用可伸縮視頻流允許接收端部分接收某一視頻編碼層的特性，由單一的固定碼率點(diǎn)擴(kuò)展而得到。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的中繼節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)編碼規(guī)定每條鏈路上的實(shí)際帶寬消耗量為所有目的節(jié)點(diǎn)在該鏈路上消耗帶寬的最大值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的帶寬約束中，針對(duì)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的帶寬約束為有線(xiàn)鏈路分配給所有視頻編碼層的帶寬消耗量之和不超過(guò)該有線(xiàn)鏈路的帶寬；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的帶寬約束為無(wú)線(xiàn)鏈路以及在影響該無(wú)線(xiàn)鏈路范圍以?xún)?nèi)的其它鏈路的帶寬消耗量之和不超過(guò)共享無(wú)線(xiàn)傳輸媒質(zhì)的帶寬。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的用戶(hù)效用函數(shù)具體為：對(duì)傳統(tǒng)的視頻率失真函數(shù)進(jìn)行泰勒多項(xiàng)式展開(kāi)，得到視頻失真減少量與碼率增量之間的二階近似關(guān)系式。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的兼顧視頻編碼層的碼流優(yōu)先級(jí)問(wèn)題是：在選擇路由和進(jìn)行流量分配時(shí)，保證所有接收者按照從低層到高層的遞增順序依次接收視頻編碼層，以滿(mǎn)足接收端的解碼要求。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題為：以所有用戶(hù)接收到視頻整體質(zhì)量最大化為目標(biāo)函數(shù)，兼顧可伸縮視頻流解碼的層間依賴(lài)關(guān)系，以信息流平衡條件、鏈路容量限制、網(wǎng)絡(luò)編碼條件等為約束函數(shù)，建立多速率組播通信的資源分配凸優(yōu)化數(shù)學(xué)問(wèn)題。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的完全分布式速率分配算法是：運(yùn)用優(yōu)化分解理論將原始凸優(yōu)化問(wèn)題分解為高階和低階兩個(gè)子優(yōu)化問(wèn)題，允許每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和每條鏈路利用本地局部信息進(jìn)行速率的動(dòng)態(tài)調(diào)整和更新，以分布式方式迭代求解從而實(shí)現(xiàn)鏈路傳輸速率的全局最優(yōu)化分配。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的用于可伸縮視頻流的多速率組播通信的優(yōu)化傳輸方法，其特征是，所述的完全分布式速率分配算法具體步驟為：

a)初始化：設(shè)置t_L＝0、t_H＝0，并且對(duì)不同的d、m、l和j值分別設(shè)置對(duì)應(yīng)的非負(fù)值α_l(0)和β_l(0)；

b)低階子優(yōu)化問(wèn)題求解的執(zhí)行，t_L＝1，2，...，

對(duì)于鏈路l∈E：

B1接收所有使用鏈路l的目的節(jié)點(diǎn)d的值；

B2從本地處理器中取出

B3更新?lián)砣鷥r(jià)

B4將新的發(fā)送到所有使用鏈路l的目的節(jié)點(diǎn)；

對(duì)于目的節(jié)點(diǎn)d∈D：

Bi接收到總的網(wǎng)絡(luò)擁塞代價(jià)值

Bii從本地處理器中取出和

Biii更新速率

Biv更新對(duì)偶變量和

Bv將新的發(fā)送到該節(jié)點(diǎn)使用的所有鏈路；

反復(fù)執(zhí)行迭代步驟直到低階子優(yōu)化問(wèn)題收斂到最優(yōu)解或者達(dá)到最大低階迭代次數(shù)為止，然后執(zhí)行高階子優(yōu)化問(wèn)題的求解；

c)高階子優(yōu)化問(wèn)題求解的執(zhí)行(t_H＝1，2，...，)

對(duì)于有線(xiàn)鏈路l∈E₁：

C1接收到低階子優(yōu)化問(wèn)題得到的最優(yōu)擁塞代價(jià)

C2從本地處理器中取出和α_l(t_H)；

C3更新帶寬消耗和對(duì)偶變量α_l(t_H)；

對(duì)于無(wú)線(xiàn)鏈路l∈E₂：

Ci接收到低階子優(yōu)化問(wèn)題得到的最優(yōu)擁塞代價(jià)

Cii從集合{k|k∈Ψ(l)}處接收到

Ciii從集合{k|k∈Ф(l)}處接收到β_k(t_H)；

Civ更新帶寬消耗和對(duì)偶變量β_l(t_H)；

Cv將新的發(fā)送到集合{k|k∈Ф(l)}；

Cvi將新的β_l(t_H+1)發(fā)送到集合{k|k∈Ψ(l)}；

當(dāng)高階子優(yōu)化問(wèn)題收斂到最優(yōu)解或者達(dá)到最大高階迭代次數(shù)，算法停止；否則返回低階子優(yōu)化問(wèn)題的求解。