一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)視頻分塊及其傳輸調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中的視頻數(shù)據(jù)分塊及其傳輸調(diào)度方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 用戶的多媒體移動(dòng)終端產(chǎn)生的視頻文件大小不一，在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)間通信環(huán) 境惡劣，傳輸視頻數(shù)據(jù)有著很大的不確定性。視頻的大小往往由多個(gè)因素決定，如視頻的清 晰度或者分辨率、視頻的錄制時(shí)長(zhǎng)、視頻的編碼、壓縮方式等。當(dāng)視頻文件較大時(shí)，有限的通 信時(shí)長(zhǎng)和通信帶寬很難保證視頻在節(jié)點(diǎn)間的一次機(jī)會(huì)通信過程中完成，節(jié)點(diǎn)間的連接隨時(shí) 可能斷開，如果在斷開連接之前視頻數(shù)據(jù)未能完全傳送完畢，很可能導(dǎo)致已傳的數(shù)據(jù)無(wú)法 使用，使得節(jié)點(diǎn)間通信失敗，已傳數(shù)據(jù)被節(jié)點(diǎn)丟棄。為了解決這個(gè)問題，可將視頻數(shù)據(jù)劃分 成體積相同、大小適當(dāng)?shù)亩鄠€(gè)數(shù)據(jù)分塊，以分塊為單位在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸，經(jīng)過一定的 時(shí)延，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)收到所有分塊之后可按相應(yīng)方法合并成完整視頻，達(dá)成有效傳輸。
[0003] 但在視頻傳播的實(shí)際應(yīng)用中，由于網(wǎng)絡(luò)的不可靠性，容易發(fā)生視頻分塊接收不完 整的情況。當(dāng)缺塊數(shù)量較少時(shí)，少量、短暫的停頓和模糊往往也不會(huì)影響視頻的正常播放及 對(duì)視頻內(nèi)容的理解。但如果缺塊較多，而限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境又無(wú)法及時(shí)接收到比較齊備、完整的 分塊，就會(huì)對(duì)視頻的播放、理解造成很大影響。如果用戶對(duì)整個(gè)視頻內(nèi)容有較持續(xù)的關(guān)注 度，或者用戶對(duì)占據(jù)視頻時(shí)長(zhǎng)比例較大的內(nèi)容有較高興趣，則在缺塊嚴(yán)重時(shí)，更希望能獲得 均勻分散在時(shí)間軸上的視頻幀，通過一系列短時(shí)視頻片段或者不連貫的幀圖像來(lái)了解視頻 的概略內(nèi)容或者摘要信息。面對(duì)這種應(yīng)用需求，有必要在苛刻的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，采用基于分塊 緊缺度和缺塊均勻度的分塊調(diào)度方法來(lái)引導(dǎo)、調(diào)整數(shù)據(jù)分塊的傳輸行為，有目的地干預(yù)數(shù) 據(jù)分塊，使其能在目的節(jié)點(diǎn)趨近均勻分布，幫助用戶最大限度理解全程視頻內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述部分問題，本發(fā)明提供了一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)視頻分塊及其傳輸調(diào)度方法。
[0005] -種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)視頻分塊方法，所述方法對(duì)要傳輸?shù)囊曨l分成體積相同的分塊，并 對(duì)每一個(gè)分塊附加一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)記字段，所述標(biāo)記字段中記錄的信息能夠使其對(duì)應(yīng)的 分塊成為一個(gè)獨(dú)立的可播放視頻；所述分塊與標(biāo)記字段構(gòu)成節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)南?，所述消?的大小根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的通信時(shí)長(zhǎng)期望值和節(jié)點(diǎn)間的傳輸帶寬來(lái)確定，所述消息的大小范 圍表達(dá)式為m=a?t^B，其中0<aCl，ta為機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間的通信時(shí)長(zhǎng)期 望，B為節(jié)點(diǎn)間通信帶寬。
[0006] -種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)視頻分塊的調(diào)度方法，所述方法通過量化分塊的緊缺程度，引導(dǎo)和 調(diào)整源節(jié)點(diǎn)以及中間節(jié)點(diǎn)處分塊的傳輸順序，使目的節(jié)點(diǎn)接收的分塊呈接近均勻分布。
[0007] 本發(fā)明中的視頻分塊方法不僅能充分、有效利用節(jié)點(diǎn)間的通信機(jī)會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸，而且能夠保證在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收分塊不齊備時(shí)，也能將其合并成可播放的大視頻文件。更 重要的是，本發(fā)明中的視頻分塊調(diào)度方法以幫助用戶理解視頻內(nèi)容為目標(biāo)，在無(wú)法獲得齊 備分塊集合時(shí)，能通過先期引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸行為，在不太影響分塊傳輸效率的基礎(chǔ) 上，使最終接收的分塊在目的節(jié)點(diǎn)上總體分布盡可能均勻，讓用戶在無(wú)法獲得完整視頻數(shù) 據(jù)的時(shí)候，能最大限度的了解視頻內(nèi)容。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1分塊為8M、32M、128M在Epidemic路由算法下的遞交時(shí)延仿真圖；
[0009] 圖2分塊為8M、32M、128M在SprayandWait路由算法下的遞交時(shí)延仿真圖；
[0010] 圖3分塊為8M、32M、128M在PRoPHET路由算法下的遞交時(shí)延仿真圖；
[0011] 圖4分塊為811、3211、12811在1&??1^路由算法下的遞交時(shí)延仿真圖；
[0012] 圖5視頻數(shù)據(jù)為8M，仿真1500秒，在不同分塊和不同路由算法下的遞交率；
[0013] 圖6視頻數(shù)據(jù)為32M，仿真5000秒，在不同分塊和不同路由算法下的遞交率；
[0014] 圖7視頻數(shù)據(jù)為128M，仿真5000秒，在不同分塊和不同路由算法下的遞交率；
[0015] 圖8分塊緊缺度示意圖；
[0016] 圖9基于分塊緊缺度的視頻分塊調(diào)度方法流程圖；
[0017] 圖10不同節(jié)點(diǎn)中遞交率對(duì)PSNR的影響；
[0018] 圖11不同調(diào)度方法對(duì)仿真時(shí)長(zhǎng)和遞交率的影響；
[0019] 圖12視頻文件5MB，分塊50KB，100個(gè)分塊在不同遞交率下的三種方法缺塊均勻度 示意圖；
[0020] 圖13視頻文件5MB，分塊100KB，100個(gè)分塊在不同遞交率下的三種方法缺塊均勻 度不意圖；
[0021] 圖14視頻文件10MB，分塊50KB，100個(gè)分塊在不同遞交率下的三種方法缺塊均勻 度不意圖；
[0022] 圖15視頻文件10MB，分塊100KB，100個(gè)分塊在不同遞交率下的三種方法缺塊均與 度不意圖；
[0023] 圖16節(jié)點(diǎn)稀疏對(duì)不同調(diào)度方法的影響-區(qū)域1000X1000;
[0024] 圖17節(jié)點(diǎn)稀疏對(duì)不同調(diào)度方法的影響-區(qū)域300X300 ;
[0025] 圖18順序分塊傳輸方法下的視頻分塊幀序列示意圖；
[0026] 圖19隨機(jī)分塊傳輸方法下的視頻分塊幀序列示意圖；
[0027] 圖20基于分塊緊缺度分塊傳輸方法下的視頻分塊幀序列示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)要傳輸?shù)囊曨l采用了 一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)視頻分塊方法，所述方法 對(duì)要傳輸?shù)囊曨l分成體積相同的分塊，并對(duì)每一個(gè)分塊附加一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)記字段，所 述標(biāo)記字段中記錄的信息能夠使其對(duì)應(yīng)的分塊成為一個(gè)獨(dú)立的可播放視頻；所述分塊與標(biāo) 記字段構(gòu)成節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)南ⅲ鱿⒌拇笮「鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的通信時(shí)長(zhǎng)期望和節(jié)點(diǎn)間 的傳輸帶寬來(lái)確定，所述消息的大小范圍表達(dá)式為：
[0029] m=a?ta ?B(l)
[0030]在式⑴中，0<a彡1，ta為機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間的通信時(shí)長(zhǎng)期望值，B為 節(jié)點(diǎn)間通信帶寬。a為介于0-1之間的調(diào)整系數(shù)，可通過仿真結(jié)果獲得表現(xiàn)良好的經(jīng)驗(yàn)值。
[0031] 具體地，為了讓數(shù)據(jù)分塊在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸，在標(biāo)記信息字段中記錄了大量相關(guān) 信息，包括分塊所在的視頻文件的編號(hào)、數(shù)據(jù)分塊的編號(hào)、源節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)、 視頻分塊起止時(shí)間、失效時(shí)間、分塊中數(shù)據(jù)的大小、總的分塊個(gè)數(shù)、編解碼或者壓縮信息等， 用于支持每個(gè)分塊可獨(dú)立播放。當(dāng)分塊數(shù)量較少時(shí)，分塊體積相對(duì)較大，節(jié)點(diǎn)間通信斷開 時(shí)，總有最后一個(gè)未傳完的分塊中的數(shù)據(jù)通信被浪費(fèi)，為了減少這部分浪費(fèi)，盡可能有效利 用通信機(jī)會(huì)，可以減小分塊體積，而分塊太小，又使分塊數(shù)量增加，進(jìn)而在全網(wǎng)中增加了大 量標(biāo)記信息，標(biāo)記信息量過多又占據(jù)了數(shù)據(jù)的通信機(jī)會(huì)，降低了網(wǎng)絡(luò)吞吐率，而且數(shù)據(jù)分塊 過小，在節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)分塊的調(diào)度中，面臨大量的運(yùn)算，耗費(fèi)節(jié)點(diǎn)能量和通信時(shí)間，又會(huì)降低 分塊傳輸效率。
[0032] 假定標(biāo)記字段大小為h，消息大小為m，則分塊大小為m-h，平均一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)?吞吐率為：
[0033]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)視頻分塊及其傳輸調(diào)度方法，其特征在于，所述方法對(duì)要傳輸?shù)囊曨l 分成體積相同的分塊，并對(duì)每一個(gè)分塊附加一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)記字段，所述標(biāo)記字段中記 錄的信息能夠使其對(duì)應(yīng)的分塊成為一個(gè)獨(dú)立的可播放視頻；所述分塊與標(biāo)記字段構(gòu)成節(jié)點(diǎn) 間傳輸?shù)南?，所述消息的大小根?jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的通信時(shí)長(zhǎng)期望值和節(jié)點(diǎn)間的傳輸帶寬來(lái) 確定，所述消息的大小范圍表達(dá)式為m = α · ta · B，其中O < a C 1，1：3為節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間 的通信時(shí)長(zhǎng)的期望值，B為節(jié)點(diǎn)間通信帶寬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，優(yōu)選的，所述標(biāo)記字段包括所述分塊編 號(hào)、播放時(shí)長(zhǎng)、文件ID、分塊大小、分塊個(gè)數(shù)、編解碼信息、所述分塊在視頻文件中的起止時(shí) 間、失效時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分塊包含一個(gè)或若干個(gè)圖片組 (Group of Pictures，GOP)，所述圖片組是指在MPEG-4壓縮標(biāo)準(zhǔn)下從視頻文件中析出的基 本視頻單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過實(shí)驗(yàn)仿真的方式確定α的取值范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述分塊中包含的圖片組的數(shù)量的確定 步驟： 5101 :首先通過分析要傳輸?shù)囊曨l的文件頭和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算所述圖片組的個(gè)數(shù) 和大??； 5102 :根據(jù)所述分塊的大小劃定每個(gè)分塊的圖片組數(shù)量。
6. -種采用權(quán)利要求1?5任一所述方法進(jìn)行分塊的視頻傳輸調(diào)度方法，其特征在于， 所述方法通過引導(dǎo)和調(diào)整源節(jié)點(diǎn)及中間節(jié)點(diǎn)處分塊的傳輸順序，使目的節(jié)點(diǎn)接收的分塊趨 于均勻分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述調(diào)度方法包含以下步驟： 5201 :假定在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中任選A、B兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，判斷所述A、B兩節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)中是否相互 進(jìn)入通信范圍，如果是，則進(jìn)入步驟S202 ; 5202 :通過路由算法確定所述A、B兩節(jié)點(diǎn)是否實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，如果產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸，則所 述A、B兩節(jié)點(diǎn)交換各自的分塊的存在向量表； 5203 :經(jīng)過對(duì)雙方存在向量表的分析判斷，如果在A、B兩節(jié)點(diǎn)間存在可傳輸分塊，則在 A節(jié)點(diǎn)處計(jì)算B節(jié)點(diǎn)可接收分塊的分塊緊缺度；否則，暫時(shí)無(wú)有效通信，并進(jìn)行周期檢測(cè)； 5204 :在A節(jié)點(diǎn)中，選擇具有最大分塊緊缺度的分塊向B節(jié)點(diǎn)發(fā)送，發(fā)送成功后，更新A 節(jié)點(diǎn)中所管理的所有分塊存在向量表； 5205 :在B節(jié)點(diǎn)中，接收A節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分塊；統(tǒng)計(jì)已有的分塊集合，計(jì)算A節(jié)點(diǎn)中分塊緊 缺度序列，并選擇具有最大分塊緊缺度的分塊向A節(jié)點(diǎn)發(fā)送；更新B節(jié)點(diǎn)中所管理的分塊存 在向量表； 5206 :返回 S203 ; 所述分塊緊缺度為每個(gè)缺失的分塊在分塊序列中周邊缺塊情況的描述。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述分塊緊缺度的計(jì)算公式為：
，其中，j e (〇，k-l)，（1-Exist (j))函數(shù)表示當(dāng)前 分塊的存在向量值取反，取反之后，缺失值為1，已收到值為O ;k為分塊數(shù)量，L為計(jì)算某個(gè) 特定分塊的緊缺度考察范圍，即，對(duì)當(dāng)前缺塊位置附近考察范圍長(zhǎng)度的定義，fTCight為權(quán)值 函數(shù)，其表達(dá)式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟S204和步驟S205中選擇具有最大 分塊緊缺度的分塊時(shí)，如果有多個(gè)分塊緊缺度相同的分塊，則隨機(jī)選擇一個(gè)分塊進(jìn)行傳輸。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)視頻分塊及其傳輸調(diào)度方法，所述方法將要傳輸?shù)囊曨l大文件分割成體積相同的分塊，并對(duì)每一個(gè)分塊附加一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)記字段保存分塊編號(hào)、播放時(shí)長(zhǎng)、文件ID等信息，所述分塊與標(biāo)記字段共同構(gòu)成節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)南?，給出了確定消息大小的方法，以便于高效利用網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)會(huì)通信能力。在網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境惡劣的情況下，有限時(shí)間內(nèi)，無(wú)法保證所有消息都能被目標(biāo)節(jié)點(diǎn)完整接收，本發(fā)明提出一種基于分塊緊缺度和缺塊均勻度的消息調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)在分塊接收不完全時(shí)，視頻分塊在時(shí)間軸上趨于均勻分布，幫助用戶最大限度的了解視頻概略內(nèi)容，或者為是否繼續(xù)耗時(shí)等待傳輸完成提供決策。
【IPC分類】H04N21-262, H04N21-238, H04N21-2343
【公開號(hào)】CN104539985
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510009466
【發(fā)明人】李鵬, 王小明, 朱騰蛟, 張丹, 林亞光
【申請(qǐng)人】陜西師范大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日