[發明專利]一種基于編碼和緩存的跨層聯合的視頻傳輸方法、系統

有效

• 申請號: 202110316177.2
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113225584B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 賀麗君;趙菼菼;李凡
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04N21/231
• 分類號: H04N21/231;H04N21/238;H04N21/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種基于編碼和緩存的跨層聯合的視頻傳輸方法，該方法根據回程鏈路負載、傳輸包個數所滿足的條件建立回程鏈路安全傳輸模型；建立視頻文件的體驗質量QoE和編碼包大小之間的函數關系，MEC緩存、視頻文件傳輸時延和編碼包大小的函數關系；建立以上兩個函數關系，視頻編碼碼率、MEC緩存的容量和回程鏈路安全傳輸模型為約束條件，以最大化視頻體驗質量和最小化傳輸時延為優化目標，建立視頻編碼參數和MEC緩存聯合優化模型；對視頻編碼參數和MEC緩存聯合優化模型求近似最優解，利用近似最優解為視頻文件制定體驗質量最大化和傳輸時延最小化的存儲策略。本發明能夠在保證回程鏈路安全的情況下提升視頻體驗質量和減小傳輸時延。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種基于編碼和緩存的跨層聯合的視頻傳輸方法、系統。

背景技術

隨著視頻處理技術和移動通信技術的飛速發展，涌現了大量面向大規模連接的超高清(UHD)視頻點播(VoD)。用戶視頻請求的數量急劇增長，導致網絡流量負擔沉重，用戶等待時間長，這些因素會給視頻請求用戶帶來較差的體驗質量(QoE)。移動邊緣計算(MEC)技術作為第五代(5G)系統中云邊緣協作網絡的關鍵技術之一，為應對這些挑戰提供了一種有前途的方法。由于MEC服務器更靠近網絡邊緣的用戶，并且擁有強大的智能存儲功能來預緩存熱門視頻，因此可以從MEC服務器直接將大量視頻內容傳遞給用戶，以減少回程流量負擔和傳輸延遲。因此，如何利用MEC來滿足視頻用戶的高QoE要求值得研究。

近年來，視頻的版權保護變得越來越重要。而且，只有特定用戶才能接收到的新興付費VIP和保密數據服務，使視頻內容的安全傳輸成為云邊緣協作網絡中不可忽視的問題。

具體而言，對于云邊緣協作網絡中的視頻傳輸，當視頻數據以單播方式從云服務器傳輸給用戶時，竊聽用戶和合法用戶同時同頻接收信息。一旦竊聽者的信道條件好于合法用戶的，竊聽者就可能成功竊聽視頻數據包，從而導致數據泄漏并侵犯視頻版權和用戶利益。因此，安全的數據傳輸很重要。對于從MEC服務器到用戶的鏈路的傳輸安全性，已經進行了廣泛深入研究的現有物理層安全(PLS)機制就足夠了。然而，PLS機制復雜且成本高，因為它可以確保每個視頻包的安全性。如果使用它來確保從云服務器到MEC服務器的回程鏈路的傳輸安全性，則回程鏈路的流量負載非常沉重，在一個MEC服務器與多個基站相連的分布式緩存場景中，其成本和系統開銷可能無法承受。因此，迫切需要開發一種復雜度低，成本低的安全機制，以確保回程鏈路從云到MEC服務器的安全傳輸，而不是使用嚴格而復雜的傳統PLS機制。

近年來，研究者們很少考慮云邊緣協作網絡中的安全回程鏈路問題。只有少數文獻作者在研究邊緣異構網絡中的最佳緩存位置時考慮了回程鏈路的安全風險。然而，文中的安全傳輸方案針對的是普通的數據傳輸，忽略了視頻應用程序的特性，這導致現有的安全傳輸方案對視頻應用的性能較差。

發明內容

本發明的目的在于解決上述云邊緣協作網絡中通過回程鏈路進行安全視頻傳輸的問題，提出了一種基于編碼和緩存的跨層聯合的視頻傳輸方法、系統，本發明能夠在保證回程鏈路安全的情況下提升視頻體驗質量和減小傳輸時延。

為了達到上述目的，本發明所述的回程鏈路安全約束下體驗質量驅動的視頻編碼和MEC緩存聯合優化方法包括以下步驟：

一種基于編碼和緩存的跨層聯合的視頻傳輸方法，包括如下過程：

根據回程鏈路負載和回程鏈路安全傳輸時回程鏈路傳輸包個數所滿足的條件建立回程鏈路安全傳輸模型；

根據體驗質量QoE和視頻文件的編碼包大小之間的函數關系、視頻文件的傳輸時延和MEC緩存、編碼包大小的函數關系，以視頻文件的視頻編碼碼率、MEC緩存的容量和回程鏈路安全傳輸模型為約束條件，以最大化視頻體驗質量和最小化傳輸時延為優化目標，建立視頻編碼參數和MEC緩存聯合優化模型；

對視頻編碼參數和MEC緩存聯合優化模型求近似最優解，利用近似最優解為視頻文件制定體驗質量最大化和傳輸時延最小化的傳輸策略。