[发明专利]用于可伸缩视频流的多速率组播通信的优化传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种数据通信技术领域的方法，具体是一种用于可伸缩视频流的多速率组播通信的优化传输方法。

背景技术

多速率组播技术因其能适应不同用户的需求以及时变的网络环境，成为了异构网络中视频内容分发的重要技术之一。从源端编码的角度来看，原始数据的分层或分级编码，例如JVT/MPEG组织制定的可伸缩视频编码(SVC，Scalable Video Coding)标准，允许视频以多个速率进行传输和编码，逐步提高视频质量，通过在编、解码器以及网络中继节点的速率匹配，以得到更高效的率失真性能。

可伸缩视频编码流包含了一个基本层和多个增强层，这些灵活多维的层结构在空间分辨率、时域帧速率以及视频的重建质量等维度上提供了多个接入点。在以多速率组播的方式传输可伸缩视频编码流时，由不同的IP组播组传递各可伸缩视频编码层，每个接收者按其不同的处理能力以及不同的链路容量加入一定数量的组播组，从而得到同一内容在不同尺度组合下的视频图像。

有线、无线混合网络是在ad hoc无线网络中放置一些由高速有线网络连接的基站，以作为各无线节点的中继节点。混合网络提供了传统有线网络和ad hoc无线网络之间的一种平衡：一方面，混合网络可以引入有线网络无法达到的灵活性和可伸缩性，选择以无线方式或者高带宽的有线链路传输数据；另一方面，混合网络中有线基站的引入，可以降低ad hoc无线节点的传输负担和能耗，提高系统的吞吐量，以及扩展ad hoc无线网络的通信覆盖范围。有线、无线混合网络的异构特性使得混合网络中的多速率组播可以适应不同质量水平多媒体分发的要求。

经过对现有技术的检索发现，X.Zhu等人在《SPIE Conference on Visual Communications and Image Processing，Jan.2008，pp.682205-1-682205-8，(国际光学工程学会视觉通信和图像处理会议，2008年1月，第682205-1-682205-8页)》上发表了题为“Video multicast over wireless mesh networks with scalable video coding(SVC)(在无线网状网络中用于可伸缩视频编码的视频组播)”的文章，该文以最小化所有网络节点的视频总失真为目标，提出了无线网状网络中可伸缩视频流视频组播的码率分配方案。但是该文没有考虑接收节点在接收可伸缩视频编码层时的层间依赖关系和优先级，因此得到的性能并不是最优的结果。

经检索还发现，J.Zhao等在《IEEE Transactions on Multimedia，Oct.2006，pp.1021-1032，(电气电子工程师协会多媒体学报，2006年10月，第1021-1032页)》发表了题为“LION：Layered overlay multicast with network coding(LION：使用网络编码的分层覆盖组播)”的文章，该文将网络编码技术引入了分层数据流的组播中，提高了网络的吞吐量和传输性能。但是该文提出的启发式算法并没有严格的数学依据，无法实现网络传输性能的最优化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于可伸缩视频流的多速率组播通信的优化传输方法，结合多速率多径路由、中继节点的网络编码技术和网络流量控制等方法，同时兼顾了视频编码层的码流优先级问题，以满足可伸缩视频编码层间依赖性的需求，提供一种完全分布式的速率分配算法，最终实现混合异构网络环境中所有用户接收到视频整体质量的最大化。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，源节点根据网络状况，利用可伸缩视频编码技术将视频流编码为多个可伸缩视频编码层，将每个视频编码层的码率从单一的码率点扩展到一个容忍区间；

第二步，分层的可伸缩视频流在经由网络中的中继节点进行多路径路由传输时，中继节点进行网络编码以提高网络的吞吐量，对应于有线和无线网络部分的中继节点分别采用对应的带宽约束；

第三步，每个无线接收节点结合可伸缩视频编码流的分层特性，将用户接收并解码某一层视频编码流之后视频失真的减少量视为用户的效用函数；

第四步，结合所述的网络中源节点、中继节点、无线接收节点的要求，以及多径路由技术，提出了混合网络中用于可伸缩视频流的多速率组播通信的联合优化问题；最后采用完全分布式的速率分配算法进行速率分配。

所述的可伸缩视频编码层在网络中由不同的IP组播组通过多条路由路径传递到各个无线接收节点。