[发明专利]基于喷泉码编码策略和冗余自适应的屏幕更新传输方法

权利要求书

1.一种基于喷泉码编码策略和冗余自适应的屏幕更新传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在发送方，虚拟云桌面内容变化后生成的基于像素的屏幕更新数据被区分为文本、图像和视频不同类型的帧块，根据帧块的重要程度为其指定优先级，基于优先级分配帧块序号，再将帧块封装为源数据包放入发送缓冲区并分配包序号；按照TFRC给出的发送速率从发送缓冲区中取出源数据包放入RaptorQ编码缓冲区，若编码缓冲区被填满或编码定时器超时，则调用丢包损失估计模块；

将文本、图像帧块定义为H型帧块，并分配高优先级；将视频帧块根据压缩后的结果指定为I型、P型和B型帧块；

步骤2：所述丢包损失估计模块计算编码缓冲区中的每个源数据包丢失后对不同帧块造成的损失，属于高优先级帧块的源数据包丢失后的损失值由对当前所属帧块造成的损失、对后续高优先级帧块造成的损失、对后续低优先级帧块造成的损失和对先前邻近低优先级帧块造成的损失四部分组成；属于低优先级帧块的源数据包丢失后的损失值仅由对当前所属帧块造成的损失组成；计算完毕后调用编码策略决策模块；

步骤3：编码策略决策模块根据当前网络中的丢包率和编码缓冲区中每个源数据包丢失后的损失值采取不同的喷泉码编码策略：若丢包率小于预设值或源数据包丢失后不会造成严重影响，则直接通过UDP传输源数据包至接收方；若启用喷泉码，通过比较不同编码策略对应的丢包损失期望值决定使用哪种编码策略，不同编码策略以不同类型的源数据包为保护对象，受保护的源数据包共同组成一个喷泉码编码块，调用冗余计算模块为编码块计算冗余量；

步骤4：冗余计算模块首先基于传输丢包率和喷泉码解码失败概率计算丢失数据恢复失败概率，通过设置最大可接受的丢失数据恢复失败概率推出满足条件的最小冗余量；然后计算传输编码块中所有源数据包和冗余数据包花费的端到端时延，通过设置端到端时延的上限值推出满足条件的最大冗余量；最后取两个冗余量中的较小值作为编码块的冗余量；

步骤5：在接收方，若源数据包在不受喷泉码保护的情况下丢失，则直接将收到的源数据包提交至TFRC；若丢失的源数据包受喷泉码保护，则尝试通过喷泉码解码进行丢失数据恢复；丢失数据恢复失败时，将失序的源数据包提交至TFRC；TFRC统计丢包信息并反馈给发送方使其降低发送速率，但丢失的源数据包不会被重传；

所述步骤2中源数据包丢失后对当前所属帧块造成的损失Loss_cur根据以下公式计算：

其中，PktSize(i_cur)表示包序号为i_cur的源数据包的大小，b_cur表示源数据包i_cur所属帧块的序号，FbSize(b_cur)表示帧块b_cur的大小；

高优先级源数据包丢失后对后续高优先级帧块造成的损失Loss_later,high由以下公式计算：

其中，b表示后续高优先级帧块的序号，T_{high-priority}和T_low-priority分别为高优先级和低优先级帧块发送时间间隔的指数加权滑动平均值；

高优先级源数据包丢失后对后续低优先级帧块造成的损失Loss_later,low基于以下公式计算：

式中，C(b)表示帧块序号为b-1和b的高优先级帧块之间低优先级帧块的数量；

高优先级源数据包丢失后对先前邻近低优先级帧块造成的损失Loss_prev,low根据以下公式计算：

式中，C(b_cur)表示帧块序号为b_cur-1和b_cur的高优先级帧块之间低优先级帧块的数量；

最终，总损失值Loss_total由以下公式计算：

其中，b_max为当前可统计到的帧块序号最大值；

所述步骤3中的喷泉码编码策略包括：1)直接通过UDP传输所有源数据包、2)保护H型源数据包、3)保护H型和I型源数据包、4)保护所有高优先级源数据包、5)保护所有源数据包；假设采用第一种编码策略，任何源数据包均有可能在传输过程中被丢失，令p和pt分别表示丢包率和源数据包的类型，第一种编码策略对应的丢包损失期望值E(Loss_{total_s1})为：

若采用第二种编码策略，发送方期望所有的H型源数据包在喷泉码的保护下均不会被丢失，则对应的丢包损失期望值E(Loss_{total_s2})为：

是否使用喷泉码保护H型源数据包取决于E(Loss_{total_s1})和E(Loss_{total_s2})的大小；引入参数η表示编码策略调整阈值，当η取值小于设定值时，若有E(Loss_{total_s1})-E(Loss_{total_s1})≤η，说明使用喷泉码保护H型源数据包不会显著降低丢包损失期望值，则选择第一种编码策略；若有E(Loss_{total_s1})-E(Loss_{total_s1})＞η说明喷泉码的保护对H型源数据包而言是必要的，故选择第二种编码策略；依次计算并比较五种编码策略对应的丢包损失期望值，找到最适用于当前网络条件的编码策略。