[發明專利]一種基于異構無線自組織網絡的可分級視頻傳輸方法及裝置有效
| 申請號： | 201711078364.1 | 申請日： | 2017-11-06 |
| 公開（公告）號： | CN107809662B | 公開（公告）日： | 2019-08-16 |
| 發明（設計）人： | 馬驍;張薇;韓維佳;王瑜 | 申請（專利權）人： | 陜西師范大學 |
| 主分類號： | H04N21/4363 | 分類號： | H04N21/4363;H04N21/4402;H04N21/442;H04W40/12;H04W40/24;H04W84/18 |
| 代理公司： | 西安智萃知識產權代理有限公司 61221 | 代理人： | 趙雙 |
| 地址： | 710119 陜西省西安市長*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 無線 組織網絡 分級 視頻 傳輸 方法 裝置 | ||
1.一種基于異構無線自組織網絡的可分級視頻傳輸方法，其特征在于：包括以下步驟：
步驟S10，自組網節點實時發現其所在位置中可供接入的無線網絡，并周期性探測節點與節點之間的鏈路質量信息，依據不同的準則對鏈路質量信息進行統一表征；
步驟S20，根據所述步驟S10鏈路質量信息的表征結果，結合與視頻業務特點相對應的不同尋路準則找出發端至終端之間的n(n≥1)條可達路徑；n表示自然數；
步驟S30，根據所述步驟S20找出來的發端至終端的路徑條數，結合不同鏈路狀態，將視頻業務進行相應的可分級視頻編碼；
步驟S40，編碼后的視頻依據相應的選路準則，分別選擇不同的傳輸路徑傳輸至終端；然后判斷所述編碼后的視頻是否傳輸完畢，如果未完畢則返回步驟S20，否則結束本次傳輸；
所述步驟S20的具體步驟為：
步驟S21，根據鏈路質量信息qij的表征結果，分別獲得兩個不同網絡連通關系矩陣D＝(dij)m×m，Q＝(qij)m×m，
其中，m表示所述無線網絡中自組網節點的個數；
dij表示所述無線網絡中任意的兩個自組網節點i和j之間的權值丟包率信息，如果節點i和j互為鄰居節點，則dij為i,j相鄰節點之間的權值丟包率；如果節點i和j不相鄰，則令dij＝∞；
qij表示公式(1)中的所述鏈路質量信息，如果節點i和j互為鄰居節點，則qij為i,j相鄰節點之間的鏈路質量信息；如果節點i和j不相鄰，則令qij＝∞；
步驟S22，根據網絡拓撲圖以及所述步驟S21所獲得的網絡連通關系矩陣D＝(dij)m×m，建立一個圖G1，圖G1是由一個頂點集V(G1)、一個邊集E(G1)和一個權重關系構成的三元組，其中的權重關系使得每一條邊與兩個頂點相關聯，并將這兩個頂點稱為這條邊的端點；
如果對任意頂點i,j∈V(G1)都存在一條邊ij，則將邊ij的權值記為w(ij)，其中w(ij)＝dij，dij為頂點i到頂點j的權值丟包率；如果ij不是一條邊,則記w(ij)＝∞；
步驟S23，在圖G1中，采用迪杰斯特拉算法，計算源點至目的點的丟包率最小的可靠路徑
其中表示所述丟包率最小的可靠路徑的源點到目的點的等效丟包率；
步驟S24，根據網絡拓撲圖以及根據所述步驟S21所獲得的網絡連通關系矩陣Q＝(qij)m×m，建立一個圖G2，圖G2是由一個頂點集V(G2)、一個邊集E(G2)和一個權重關系構成的三元組，其中的權重關系使得每一條邊與兩個頂點相關聯，并將這兩個頂點稱為這條邊的端點；
如果對任意頂點i,j∈V(G2)都存在一條邊ij，則將邊ij的權值記為u(ij)，其中u(ij)＝qij，qij為頂點i到頂點j的鏈路質量信息；如果ij不是一條邊,則記u(ij)＝∞；
步驟S25，將所述步驟S23找出的所述丟包率最小的可靠路徑經過的所有中間節點加入節點集Y，然后在圖G2的頂點集V(G2)中刪除所述集合Y中的元素得到頂點集V(G21)，同時根據頂點集V(G21)更新邊得到邊集E(G21)，G21表示得到的新圖；
步驟S26，在圖G21中，采用迪杰斯特拉算法，計算源點至目的點的鏈路質量信息總和最小的路徑rα(ψα),(1≤α≤n-1)；
其中rα(ψα),(1≤α≤n-1)是依照源點到目的點的鏈路質量信息總和由小到大排列的路徑，ψα表示路徑rα(ψα)的源點到目的點的鏈路質量信息總和；α表示自然數；
步驟S27，列舉出所述步驟S26所找出的所述路徑rα(ψα),(1≤α≤n-1)經過的所有中間節點，加入至節點集Y'，然后在圖G21的頂點集V(G21)中刪除集合Y'中的元素，得到新的頂點集；根據新的頂點集，更新邊，得到更新后的圖，返回所述步驟S26，直到所找路徑的鏈路質量信息總和大于鏈路質量信息總和的預設門限值hmax或沒有新路徑找到時，算法結束；
所述步驟S30的具體步驟為：對視頻幀以GOP為單位將包含的數據幀的比特流進行劃分，對每個GOP中占比γ的視頻幀進行編碼作為基礎層的視頻，將GOP中占比1-γ的視頻幀進行編碼作為增強層的視頻；其中，在增強層視頻中，選取GOP中占比λ1的視頻幀作為增強層1的視頻，選取GOP中占比λ2的視頻幀作為增強層2的視頻，以此類推，選取GOP中占比λn-1的視頻幀作為增強層n-1的視頻，基礎層視頻幀占比γ與增強層α分配視頻幀占比的關系λα為：
λα＝fα(ψ1,ψ2,ψαL Lψn-1,γ) (3)
其中，ψα表示路徑rα(ψα)的源點至目的點的鏈路質量信息總和；fα表示路徑rα(ψα)的鏈路質量信息總和ψα與增強層α所分配視頻幀的占比λα的函數映射關系；
所述步驟S40的具體步驟為：對于所述基礎層的視頻數據流采用所述丟包率最小的可靠路徑進行傳輸；對于所述增強層1的視頻數據流選擇鏈路質量最優的路徑r1(ψ1)進行傳輸；對于所述增強層2的視頻數據流選擇鏈路質量次優的路徑r2(ψ2)進行傳輸，以此類推，對于所述增強層n-1的視頻數據流選擇鏈路質量次優的路徑rn-1(ψn-1)進行傳輸，確保所有增強層的視頻數據流都在與之對應的路徑傳輸；然后判斷所述基礎層和增強層的視頻數據流是否傳輸完畢，如果未完畢則返回所述步驟S21，否則結束本次傳輸；
所述步驟S10中根據不同準則對鏈路質量信息進行統一表征的具體方法為：根據多個判決因子得到所述無線網絡中任意的兩個節點i和j之間鏈路質量信息qij的表達式：
其中,i和j表示網絡中任意的兩個自組網節點，如果i和j互為不相鄰的節點則令qij為無窮大；
k表示構成鏈路質量信息的判決因子；
表示當節點i和j為相鄰節點時的鏈路質量信息判決因子k的權重；
表示當節點i和j為相鄰節點時的鏈路質量信息判決因子k的屬性值；
fij表示和對于相鄰節點i和j之間鏈路質量信息qij效用差異性的函數映射關系；
所述權重的大小表示判決因子k對鏈路質量信息的影響程度；
所述判決因子k包括不同的網絡環境狀態信息。
2.一種基于異構無線自組織網絡的可分級視頻傳輸裝置，其特征在于：
異構網絡接入網卡，用于自組網節點實時發現其所在位置中可供接入的無線網絡；
鏈路質量探測模塊，用于周期性探測節點與節點之間的鏈路質量信息；
鏈路質量統一表征模塊，用于依據不同的準則對鏈路質量信息進行統一表征；
多路徑尋找模塊，用于根據鏈路質量統一表征模塊得到的鏈路質量信息的表征結果，結合與視頻業務特點相對應的不同尋路準則找出發端至終端之間的n(n≥1)條可達路徑；n表示自然數；
可分級視頻編碼模塊，用于根據多路徑尋找模塊找出來的發端至終端的路徑條數，結合不同鏈路狀態，將視頻業務進行相應的可分級視頻編碼；
視頻傳輸模塊，用于將可分級視頻編碼模塊編碼后的視頻依據相應的選路準則，分別選擇不同的傳輸路徑傳輸至終端；
視頻傳輸自適應調整模塊，用于判斷所述編碼后的視頻是否傳輸完畢，如果未完畢則返回多路徑尋找模塊進行處理，否則結束本次傳輸；
所述多路徑尋找模塊包括第一計算子模塊，用于根據所述計算子模塊的表征結果，分別獲得兩個不同網絡連通關系矩陣D＝(dij)m×m，Q＝(qij)m×m，
其中，m表示所述無線網絡中自組網節點的個數；
dij表示所述無線網絡中任意的兩個自組網節點i和j之間的權值丟包率信息，如果節點i和j互為鄰居節點，則dij為i,j相鄰節點之間的權值丟包率；如果節點i和j不相鄰，則令dij＝∞；
qij表示公式(1)中的所述鏈路質量信息，如果節點i和j互為鄰居節點，則qij為i,j相鄰節點之間的鏈路質量信息；如果節點i和j不相鄰，則令qij＝∞；
第一創建子模塊，用于根據網絡拓撲圖以及根據所述第一計算子模塊所獲得的網絡連通關系矩陣D＝(dij)m×m，建立一個圖G1，圖G1是由一個頂點集V(G1)、一個邊集E(G1)和一個權重關系構成的三元組，其中的權重關系使得每一條邊與兩個頂點相關聯，并將這兩個頂點稱為這條邊的端點；
如果對任意頂點i,j∈V(G1)都存在一條邊ij，則將邊ij的權值記為w(ij)，其中w(ij)＝dij，dij為頂點i到頂點j的權值丟包率；如果ij不是一條邊,則記w(ij)＝∞；
第一路徑尋找子模塊，用于在圖G1中，采用迪杰斯特拉算法，計算源點至目的點的丟包率最小的可靠路徑
其中表示所述丟包率最小的可靠路徑的源點到目的點的等效丟包率；
第二創建子模塊，用于根據網絡拓撲圖以及根據所述第一計算子模塊所獲得的網絡連通關系矩陣Q＝(qij)m×m，建立一個圖G2，圖G2是由一個頂點集V(G2)、一個邊集E(G2)和一個權重關系構成的三元組，其中的權重關系使得每一條邊與兩個頂點相關聯，并將這兩個頂點稱為這條邊的端點；
如果對任意頂點i,j∈V(G2)都存在一條邊ij，則將邊ij的權值記為u(ij)，其中u(ij)＝qij，qij為頂點i到頂點j的鏈路質量信息；如果ij不是一條邊,則記u(ij)＝∞；
第三創建子模塊，用于將第一路徑尋找子模塊找出的所述丟包率最小的可靠路徑經過的所有中間節點加入節點集Y，然后在圖G2的頂點集V(G2)中刪除所述集合Y中的元素得到頂點集V(G21)，同時根據頂點集V(G21)更新邊得到邊集E(G21)，G21表示得到的新圖；
第二路徑尋找子模塊，用于在圖G21中，采用迪杰斯特拉算法，計算源點至目的點的鏈路質量信息總和最小的路徑rα(ψα),(1≤α≤n-1)；
其中rα(ψα),(1≤α≤n-1)是依照源點到目的點的鏈路質量信息總和由小到大排列的路徑，ψα表示路徑rα(ψα)的源點到目的點的鏈路質量信息總和；α表示自然數；
第二計算子模塊，用于列舉出第二路徑尋找子模塊所找出的所述路徑rα(ψα),(1≤α≤n-1)經過的所有中間節點，加入至節點集Y'，然后在圖G21的頂點集V(G21)中刪除集合Y'中的元素，得到新的頂點集；根據新的頂點集，更新邊，得到更新后的圖，返回所述第二路徑尋找子模塊，直到所找路徑的鏈路質量信息總和大于鏈路質量信息總和的預設門限值hmax或沒有新路徑找到時，算法結束；
所述可分級視頻編碼模塊包括編碼子模塊，用于對視頻幀以GOP為單位將包含的數據幀的比特流進行劃分，對每個GOP中占比γ的視頻幀進行編碼作為基礎層的視頻，將GOP中占比1-γ的視頻幀作為增強層的視頻；其中，在增強層視頻中，選取GOP中占比λ1的視頻幀作為增強層1的視頻，選取GOP中占比λ2的視頻幀作為增強層2的視頻，以此類推，選取GOP中占比λn-1的視頻幀作為增強層n-1的視頻，基礎層視頻幀占比γ與增強層α分配視頻幀占比的關系λα為：
λα＝fα(ψ1,ψ2,ψαL Lψn-1,γ) (3)
其中，ψα表示路徑rα(ψα)的源點至目的點的鏈路質量信息總和；fα表示路徑rα(ψα)的鏈路質量信息總和ψα與增強層α所分配視頻幀的占比λα的函數映射關系；
所述視頻傳輸模塊包括傳輸子模塊，用于對于所述基礎層的視頻數據流采用所述丟包率最小的可靠路徑進行傳輸；對于所述增強層1的視頻數據流選擇鏈路質量最優的路徑r1(ψ1)進行傳輸；對于所述增強層2的視頻數據流選擇鏈路質量次優的路徑r2(ψ2)進行傳輸；以此類推，對于所述增強層n-1的視頻數據流選擇鏈路質量次優的路徑rn-1(ψn-1)進行傳輸，確保所有增強層的視頻數據流都在與之對應的路徑傳輸；
視頻傳輸自適應調整模塊包括判斷子模塊，用于判斷所述基礎層和增強層的視頻數據流是否傳輸完畢，如果未完畢則返回所述第一計算子模塊，否則結束本次傳輸；
所述鏈路質量統一表征模塊包括計算子模塊，用于根據多個判決因子計算得到所述無線網絡中任意的兩個節點i和j之間鏈路質量信息qij的表達式：
其中,i和j表示網絡中任意的兩個自組網節點，如果i和j互為不相鄰的節點則令qij為無窮大；
k表示構成鏈路質量信息的判決因子；
表示當節點i和j為相鄰節點時的鏈路質量信息判決因子k的權重；
表示當節點i和j為相鄰節點時的鏈路質量信息判決因子k的屬性值；
fij表示和對于相鄰節點i和j之間鏈路質量信息qij效用差異性的函數映射關系；
所述權重的大小表示判決因子k對鏈路質量信息的影響程度；
所述判決因子k包括不同的網絡環境狀態信息。
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