[發明專利]多視點視頻流多速率組播傳輸的最優速率分配方法

有效

• 申請號: 201210571123.1
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103024597A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 鄒君妮;石征;陳琳;譚沖;楊陽
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04N21/647
• 分類號: H04N21/647;H04N21/266
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種多視點視頻流多速率組播傳輸的最優速率分配方法，包括分發網絡的構建、用戶端視點的選擇、視點和幀傳輸優先級的計算、鏈路速率的分配、多路徑路由以及分布式算法設計等內容。為了實現異構網絡環境中用戶整體失真的最小化，結合多速率多徑路由和網絡流量控制，在分配流量不足時選擇性傳輸視點和視點內的幀，為每個視點尋求合適的分發網絡和傳輸流量。

技術背景

隨著技術的發展和用戶對視頻質量要求的提高，多視點視頻組播迅速發展。由于多視點視頻的數據量比傳統視頻大許多，如何高效編碼和傳輸是多視點視頻廣泛應用的關鍵。交互式多視點視頻組播傳輸是根據用戶的需求傳輸相應的視點，可以減少傳輸的數據量并且滿足用戶對視頻質量的要求。這種傳輸系統具有傳輸視點數可伸縮的特點，可以根據用戶的視點需求和用戶可用的網絡流量來確定傳輸的視點數。

交互式多視點視頻組播傳輸對視頻編碼方式有不同的要求，多視點視頻編碼不僅要實現高效壓縮，而且需要滿足視點隨機接入。若采用傳統的編碼技術對每一個視點進行單獨編碼（simulcast?encoding）,雖然滿足各視點隨機接入，保證傳輸過程中的各視點任意切換，但沒有消除各視點之間的冗余，編碼效率不夠高。多視點視頻編碼技術MVC（multi-view?video?coding）可以充分提取各視點之間的冗余，但是增加了各視點之間的解碼依賴關系，無法實現視點的隨機接入。采用KS-IPP預測結構的多視點視頻編碼技術只在視點的關鍵幀之間提取冗余，而每個視點的內部采用傳統的編碼方式，即可以提供較高的壓縮效率，也可以滿足視點的隨機接入，保證交互式多視點視頻組播傳輸過程中的視點任意切換。

組播技術因其能適應不同用戶的需求以及時變的網絡環境，成為了異構網絡中視頻內容分發的重要技術之一。交互式多視點視頻組播傳輸可以根據用戶的視點需求和用戶可用的網絡流量來靈活選擇傳輸的視點數，這種靈活的傳輸方式在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多視點視頻流時，由不同的IP組播組傳遞各個視點，每個接收節點按其不同的視點需求以及不同的鏈路容量加入一定數量的組播組，從而使不同的用戶節點根據自身的需求和網絡狀況實現不同的視頻質量。

現在的網絡流量控制方案，往往基于架構確定的樹狀或網狀分發網絡，并且通過源點驅動進行擁塞控制，不適用于動態變化的異構網絡結構。本發明對傳輸網絡資源優化分配進行了研究，充分考慮用戶對不同視點的需求程度，合理分配網絡資源使網絡環境中用戶整體失真最小化，其中每個接收點均有多條路徑可供選擇。

現有的網絡性能優化方案主要集中于端到端的網絡資源分配，通過合理分配網絡資源實現性能優化，但是這些方案主要關注整個網絡吞吐量最大化或者接收的視點數量最大化，沒有考慮在分配的資源不足以傳輸整個視點信息時如何進行選擇性傳輸。本發明提出了一種視點和幀的傳輸優先級計算方法，在分配的網絡資源不足時可以對視點和視點內的幀進行選擇性傳輸。這種按照視點和幀的傳輸優先級來進行選擇性傳輸的方式，有利于減小視頻失真提高傳輸的質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多視點視頻流多速率組播傳輸的最優速率分配方法，同時在傳輸過程中考慮視點和幀的傳輸優先級，實現異構網絡環境下的所有用戶整體失真最小化，該傳輸方法能有效地利用了網絡的帶寬資源，為用戶端提供了更佳的視頻質量。

為達到上述目的，本發明的構思是：將多視點視頻流傳輸中多速率多徑路由、中繼節點的網絡流量控制進行了聯合優化，并且在選擇最佳組播傳輸路徑和分配各視點視頻流傳輸速率時，兼顧了視點和幀的傳輸順序問題，一方面，為每個視頻流尋求合適的傳輸網絡使所有需要該視點的用戶節點的失真最小化；另一方面，同時滿足用戶對視點的請求度和幀之間解碼依賴性的需求，此外，本發明還采用拉格朗日對偶方法對原始凸優化問題進行分解并求解，既實現了資源的最優分配，又便于分布式求解。

一種多視點視頻流多速率組播傳輸的最優速率分配方法，其特征在于根據上述發明構思，采用下述步驟實現異構網絡環境中所有用戶整體失真最小化，其步驟如下：

第一，將多視點視頻流傳輸中的多速率多徑路由、中繼節點的網絡流量控制進行聯合優化；

第二，在選擇最佳組播傳輸路徑和分配各視點視頻流傳輸速率時，兼顧視點和幀的傳輸優先級順序，不僅為每個視頻流尋求傳輸網絡使所有需要該視點的用戶節點的失真最小化，而且滿足網絡環境中所有用戶對視點的請求度和幀之間解碼依賴性的需求；