一種機會網(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)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是機會網(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] 用戶的多媒體移動終端產(chǎn)生的視頻文件大小不一，在機會網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點間通信環(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因素決定，如視頻的清 晰度或者分辨率、視頻的錄制時長、視頻的編碼、壓縮方式等。當(dāng)視頻文件較大時，有限的通 信時長和通信帶寬很難保證視頻在節(jié)點間的一次機會通信過程中完成，節(jié)點間的連接隨時 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)無法 使用，使得節(jié)點間通信失敗，已傳數(shù)據(jù)被節(jié)點丟棄。為了解決這個問題，可將視頻數(shù)據(jù)劃分 成體積相同、大小適當(dāng)?shù)亩鄠€數(shù)據(jù)分塊，以分塊為單位在機會網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間傳輸，經(jīng)過一定的 時延，當(dāng)目的節(jié)點收到所有分塊之后可按相應(yīng)方法合并成完整視頻，達成有效傳輸。
[0003] 但在視頻傳播的實際應(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，少量、短暫的停頓和模糊往往也不會影響視頻的正常播放及 對視頻內(nèi)容的理解。但如果缺塊較多，而限于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境又無法及時接收到比較齊備、完整的 分塊，就會對視頻的播放、理解造成很大影響。如果用戶對整個視頻內(nèi)容有較持續(xù)的關(guān)注 度，或者用戶對占據(jù)視頻時長比例較大的內(nèi)容有較高興趣，則在缺塊嚴重時，更希望能獲得 均勻分散在時間軸上的視頻幀，通過一系列短時視頻片段或者不連貫的幀圖像來了解視頻 的概略內(nèi)容或者摘要信息。面對這種應(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] 針對上述部分問題，本發(fā)明提供了一種機會網(wǎng)絡(luò)視頻分塊及其傳輸調(diào)度方法。
[0005] -種機會網(wǎng)絡(luò)視頻分塊方法，所述方法對要傳輸?shù)囊曨l分成體積相同的分塊，并 對每一個分塊附加一個與之對應(yīng)的標記字段，所述標記字段中記錄的信息能夠使其對應(yīng)的 分塊成為一個獨立的可播放視頻；所述分塊與標記字段構(gòu)成節(jié)點間傳輸?shù)南ⅲ鱿?的大小根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的通信時長期望值和節(jié)點間的傳輸帶寬來確定，所述消息的大小范 圍表達式為m=a?t^B，其中0<aCl，ta為機會網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與節(jié)點間的通信時長期 望，B為節(jié)點間通信帶寬。
[0006] -種機會網(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)點以及中間節(jié)點處分塊的傳輸順序，使目的節(jié)點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)點間的通信機會進行數(shù)據(jù)傳 輸，而且能夠保證在目標節(jié)點接收分塊不齊備時，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，在無法獲得齊 備分塊集合時，能通過先期引導(dǎo)節(jié)點間的數(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)點上總體分布盡可能均勻，讓用戶在無法獲得完整視頻數(shù) 據(jù)的時候，能最大限度的了解視頻內(nèi)容。
【附圖說明】
[0008] 圖1分塊為8M、32M、128M在Epidemic路由算法下的遞交時延仿真圖；
[0009] 圖2分塊為8M、32M、128M在SprayandWait路由算法下的遞交時延仿真圖；
[0010] 圖3分塊為8M、32M、128M在PRoPHET路由算法下的遞交時延仿真圖；
[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)點中遞交率對PSNR的影響；
[0018] 圖11不同調(diào)度方法對仿真時長和遞交率的影響；
[0019] 圖12視頻文件5MB，分塊50KB，100個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)點稀疏對不同調(diào)度方法的影響-區(qū)域1000X1000;
[0024] 圖17節(jié)點稀疏對不同調(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。
【具體實施方式】
[0028] 在一個實施例中，對要傳輸?shù)囊曨l采用了 一種機會網(wǎng)絡(luò)視頻分塊方法，所述方法 對要傳輸?shù)囊曨l分成體積相同的分塊，并對每一個分塊附加一個與之對應(yīng)的標記字段，所 述標記字段中記錄的信息能夠使其對應(yīng)的分塊成為一個獨立的可播放視頻；所述分塊與標 記字段構(gòu)成節(jié)點間傳輸?shù)南?，所述消息的大小根?jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的通信時長期望和節(jié)點間 的傳輸帶寬來確定，所述消息的大小范圍表達式為：
[0029] m=a?ta ?B(l)
[0030]在式⑴中，0<a彡1，ta為機會網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與節(jié)點間的通信時長期望值，B為 節(jié)點間通信帶寬。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)驗值。
[0031] 具體地，為了讓數(shù)據(jù)分塊在機會網(wǎng)絡(luò)中傳輸，在標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、數(shù)據(jù)分塊的編號、源節(jié)點的編號、目標節(jié)點的編號、 視頻分塊起止時間、失效時間、分塊中數(shù)據(jù)的大小、總的分塊個數(shù)、編解碼或者壓縮信息等， 用于支持每個分塊可獨立播放。當(dāng)分塊數(shù)量較少時，分塊體積相對較大，節(jié)點間通信斷開 時，總有最后一個未傳完的分塊中的數(shù)據(jù)通信被浪費，為了減少這部分浪費，盡可能有效利 用通信機會，可以減小分塊體積，而分塊太小，又使分塊數(shù)量增加，進而在全網(wǎng)中增加了大 量標記信息，標記信息量過多又占據(jù)了數(shù)據(jù)的通信機會，降低了網(wǎng)絡(luò)吞吐率，而且數(shù)據(jù)分塊 過小，在節(jié)點間數(shù)據(jù)分塊的調(diào)度中，面臨大量的運算，耗費節(jié)點能量和通信時間，又會降低 分塊傳輸效率。
[0032] 假定標記字段大小為h，消息大小為m，則分塊大小為m-h，平均一個數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)?吞吐率為：
[0033]
【主權(quán)項】
1. 一種機會網(wǎng)絡(luò)視頻分塊及其傳輸調(diào)度方法，其特征在于，所述方法對要傳輸?shù)囊曨l 分成體積相同的分塊，并對每一個分塊附加一個與之對應(yīng)的標記字段，所述標記字段中記 錄的信息能夠使其對應(yīng)的分塊成為一個獨立的可播放視頻；所述分塊與標記字段構(gòu)成節(jié)點 間傳輸?shù)南ⅲ鱿⒌拇笮「鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的通信時長期望值和節(jié)點間的傳輸帶寬來 確定，所述消息的大小范圍表達式為m = α · ta · B，其中O < a C 1，1：3為節(jié)點與節(jié)點間 的通信時長的期望值，B為節(jié)點間通信帶寬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，優(yōu)選的，所述標記字段包括所述分塊編 號、播放時長、文件ID、分塊大小、分塊個數(shù)、編解碼信息、所述分塊在視頻文件中的起止時 間、失效時間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分塊包含一個或若干個圖片組 (Group of Pictures，GOP)，所述圖片組是指在MPEG-4壓縮標準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，通過實驗仿真的方式確定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)存儲結(jié)構(gòu)來計算所述圖片組的個數(shù) 和大??； 5102 :根據(jù)所述分塊的大小劃定每個分塊的圖片組數(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)點及中間節(jié)點處分塊的傳輸順序，使目的節(jié)點接收的分塊趨 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 :假定在機會網(wǎng)絡(luò)中任選A、B兩個節(jié)點，判斷所述A、B兩節(jié)點在移動中是否相互 進入通信范圍，如果是，則進入步驟S202 ; 5202 :通過路由算法確定所述A、B兩節(jié)點是否實現(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)點交換各自的分塊的存在向量表； 5203 :經(jīng)過對雙方存在向量表的分析判斷，如果在A、B兩節(jié)點間存在可傳輸分塊，則在 A節(jié)點處計算B節(jié)點可接收分塊的分塊緊缺度；否則，暫時無有效通信，并進行周期檢測； 5204 :在A節(jié)點中，選擇具有最大分塊緊缺度的分塊向B節(jié)點發(fā)送，發(fā)送成功后，更新A 節(jié)點中所管理的所有分塊存在向量表； 5205 :在B節(jié)點中，接收A節(jié)點發(fā)送的分塊；統(tǒng)計已有的分塊集合，計算A節(jié)點中分塊緊 缺度序列，并選擇具有最大分塊緊缺度的分塊向A節(jié)點發(fā)送；更新B節(jié)點中所管理的分塊存 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為計算某個 特定分塊的緊缺度考察范圍，即，對當(dāng)前缺塊位置附近考察范圍長度的定義，fTCight為權(quán)值 函數(shù)，其表達式為：
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，如果有多個分塊緊缺度相同的分塊，則隨機選擇一個分塊進行傳輸。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機會網(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，并對每一個分塊附加一個與之對應(yīng)的標記字段保存分塊編號、播放時長、文件ID等信息，所述分塊與標記字段共同構(gòu)成節(jié)點間傳輸?shù)南ⅲo出了確定消息大小的方法，以便于高效利用網(wǎng)絡(luò)中的機會通信能力。在網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境惡劣的情況下，有限時間內(nèi)，無法保證所有消息都能被目標節(jié)點完整接收，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，實現(xiàn)在分塊接收不完全時，視頻分塊在時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)耗時等待傳輸完成提供決策。
【IPC分類】H04N21-262, H04N21-238, H04N21-2343
【公開號】CN104539985
【申請?zhí)枴緾N201510009466
【發(fā)明人】李鵬, 王小明, 朱騰蛟, 張丹, 林亞光
【申請人】陜西師范大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月8日