[发明专利]可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法

权利要求书

1.一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、在源节点处，根据无线网络的时变特性对时间进行分段，在各时间段内使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，通过对不同可伸缩视频编码层的码率分配保证可伸缩视频编码的层间依赖性约束条件；

第二步、在中继节点处，某一个具体的视频数据包在经由网络中的中继节点转发时，使用机会路由机制为其动态地选择下一跳转发节点，并且使用网络编码技术以进一步提高网络的吞吐量；

第三步、在无线网络中，无线网络具有的时变动态特性和节点传输竞争关系，将无线共享介质中的各无线网络节点划分为若干个最大同时传输节点集合，实现网络整体传输时间在各最大同时传输节点集合之间的最优调度；所述的最大同时传输节点集合是一个同时传输节点集合，如果向该集合中增加任一个节点则导致该集合变为非同时传输节点集合；

第四步、结合前面三个步骤所得到的源节点处视频编码层的层间依赖性约束条件、中继节点转发的机会路由机制和网络编码技术、以及无线网络的时变动态特性和节点传输竞争关系，使用多时间段的动态网络效用最大化建模方法实现基于机会路由和网络编码的可伸缩视频流动态多码率组播通信的优化问题；

在为终端节点进行具体的码率分配方案时，采用完全分布式码率分配方法，最终实现可伸缩视频流多码率组播通信的动态码率资源分配、动态路由选择以及动态传输调度的联合优化。

2.根据权利要求1所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，第一步中，所述的时间分段是对可伸缩视频流组播时间的进一步划分，在每一个时间分段内无线信道的信道状态信息相对稳定，并且通过直接测量和信道状态预测的方法获得。

3.根据权利要求1或2所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，第一步中，所述的可伸缩视频编码的层间依赖性约束条件是指：标号更高的视频层的解码需要依赖于标号低的视频层，即视频层的组播传输顺序需要按照视频层标号从低到高的顺序进行。

4.根据权利要求1所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，第二步中，所述的机会路由机制是指：利用无线共享介质的广播特性以及空间分集特性，在中继节点的下一跳转发候选节点集合中动态地为数据包选择实际的下一跳转发节点。

5.根据权利要求1或4所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，第二步中，所述的网络编码技术是指：在中继节点转发之前对数据包进行算术编码操作，并且规定每条链路上的实际带宽消耗量为所有目的节点在该链路上消耗带宽的最大值；该条件为在链路上采用网络编码的约束条件，以实现不同目的节点在同一链路上的资源共享。

6.根据权利要求1所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，第三步中，所述的同时传输节点集合中所有节点在同时进行数据包传输时，其相关联的链路不会产生无线竞争而能够成功完成到下一跳节点的数据包传输。

7.根据权利要求1所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，第四步中，所述的联合优化是指：以所有用户在可伸缩视频流多码率组播的完整时间段内接收到的视频整体质量最大化为目标函数，兼顾可伸缩视频流解码的层间依赖关系，以信息流平衡条件、网络编码条件、最大同时传输节点集合时间调度条件、以及机会路由机制对于信道容量的限制为约束条件，建立可伸缩视频流动态多码率组播通信的动态码率资源分配、路由选择以及传输调度联合优化问题。

8.根据权利要求1或7所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，第四步中，所述的完全分布式码率分配方法是指：运用对偶分解理论将原始优化问题分解为若干个子优化问题，允许每个网络节点利用本地局部信息对码率、传输调度和路由选择进行动态的调整和更新，以分布式方式迭代求解从而实现网络的动态最优资源分配。

9.根据权利要求8所述的一种可伸缩视频流动态多码率组播优化传输方法，其特征在于，所述的完全分布式码率分配方法，具体执行步骤为：

(a)初始化：设置初始的原始/对偶变量为某些非负值；

(b)重复执行：

对于源节点：

b1)从目的节点处接收对偶变量信息；

b2)从下一跳节点处接收对偶变量信息；

b3)从本地存储器中获取存储的原始和对偶变量信息；

b4)更新原始/对偶变量；

b5)向网络节点集合传输更新的对偶变量信息；

对于每个节点：

b1)从源节点处接收对偶变量信息；

b2)从下一跳节点处接收对偶变量信息；

b3)从本地存储器中获取存储的原始和对偶变量信息；

b4)更新原始/对偶变量；

b5)向该节点的发送节点传输更新的对偶变量信息；

b6)如果该节点是目的节点，则向源节点传输更新的对偶变量信息；

直到所有原始和对偶变量收敛到最优值，或达到最大迭代次数时，完全分布式码率分配方法停止。