[发明专利]一种基于异构无线自组织网络的可分级视频传输方法及装置

权利要求书

1.一种基于异构无线自组织网络的可分级视频传输方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S10，自组网节点实时发现其所在位置中可供接入的无线网络，并周期性探测节点与节点之间的链路质量信息，依据不同的准则对链路质量信息进行统一表征；

步骤S20，根据所述步骤S10链路质量信息的表征结果，结合与视频业务特点相对应的不同寻路准则找出发端至终端之间的n(n≥1)条可达路径；n表示自然数；

步骤S30，根据所述步骤S20找出来的发端至终端的路径条数，结合不同链路状态，将视频业务进行相应的可分级视频编码；

步骤S40，编码后的视频依据相应的选路准则，分别选择不同的传输路径传输至终端；然后判断所述编码后的视频是否传输完毕，如果未完毕则返回步骤S20，否则结束本次传输；

所述步骤S20的具体步骤为：

步骤S21，根据链路质量信息q_ij的表征结果，分别获得两个不同网络连通关系矩阵D＝(d_ij)_m×m，Q＝(q_ij)_m×m，

其中，m表示所述无线网络中自组网节点的个数；

d_ij表示所述无线网络中任意的两个自组网节点i和j之间的权值丢包率信息，如果节点i和j互为邻居节点，则d_ij为i,j相邻节点之间的权值丢包率；如果节点i和j不相邻，则令d_ij＝∞；

q_ij表示公式(1)中的所述链路质量信息，如果节点i和j互为邻居节点，则q_ij为i,j相邻节点之间的链路质量信息；如果节点i和j不相邻，则令q_ij＝∞；

步骤S22，根据网络拓扑图以及所述步骤S21所获得的网络连通关系矩阵D＝(d_ij)_m×m，建立一个图G₁，图G₁是由一个顶点集V(G₁)、一个边集E(G₁)和一个权重关系构成的三元组，其中的权重关系使得每一条边与两个顶点相关联，并将这两个顶点称为这条边的端点；

如果对任意顶点i,j∈V(G₁)都存在一条边ij，则将边ij的权值记为w(ij)，其中w(ij)＝d_ij，d_ij为顶点i到顶点j的权值丢包率；如果ij不是一条边,则记w(ij)＝∞；

步骤S23，在图G₁中，采用迪杰斯特拉算法，计算源点至目的点的丢包率最小的可靠路径

其中表示所述丢包率最小的可靠路径的源点到目的点的等效丢包率；

步骤S24，根据网络拓扑图以及根据所述步骤S21所获得的网络连通关系矩阵Q＝(q_ij)_m×m，建立一个图G₂，图G₂是由一个顶点集V(G₂)、一个边集E(G₂)和一个权重关系构成的三元组，其中的权重关系使得每一条边与两个顶点相关联，并将这两个顶点称为这条边的端点；

如果对任意顶点i,j∈V(G₂)都存在一条边ij，则将边ij的权值记为u(ij)，其中u(ij)＝q_ij，q_ij为顶点i到顶点j的链路质量信息；如果ij不是一条边,则记u(ij)＝∞；

步骤S25，将所述步骤S23找出的所述丢包率最小的可靠路径经过的所有中间节点加入节点集Y，然后在图G₂的顶点集V(G₂)中删除所述集合Y中的元素得到顶点集V(G₂₁)，同时根据顶点集V(G₂₁)更新边得到边集E(G₂₁)，G₂₁表示得到的新图；

步骤S26，在图G₂₁中，采用迪杰斯特拉算法，计算源点至目的点的链路质量信息总和最小的路径r_α(ψ_α),(1≤α≤n-1)；

其中r_α(ψ_α),(1≤α≤n-1)是依照源点到目的点的链路质量信息总和由小到大排列的路径，ψ_α表示路径r_α(ψ_α)的源点到目的点的链路质量信息总和；α表示自然数；

步骤S27，列举出所述步骤S26所找出的所述路径r_α(ψ_α),(1≤α≤n-1)经过的所有中间节点，加入至节点集Y'，然后在图G₂₁的顶点集V(G₂₁)中删除集合Y'中的元素，得到新的顶点集；根据新的顶点集，更新边，得到更新后的图，返回所述步骤S26，直到所找路径的链路质量信息总和大于链路质量信息总和的预设门限值h_max或没有新路径找到时，算法结束；

所述步骤S30的具体步骤为：对视频帧以GOP为单位将包含的数据帧的比特流进行划分，对每个GOP中占比γ的视频帧进行编码作为基础层的视频，将GOP中占比1-γ的视频帧进行编码作为增强层的视频；其中，在增强层视频中，选取GOP中占比λ₁的视频帧作为增强层1的视频，选取GOP中占比λ₂的视频帧作为增强层2的视频，以此类推，选取GOP中占比λ_n-1的视频帧作为增强层n-1的视频，基础层视频帧占比γ与增强层α分配视频帧占比的关系λ_α为：

λ_α＝f_α(ψ₁,ψ₂,ψ_αL Lψ_n-1,γ) (3)

其中，ψ_α表示路径r_α(ψ_α)的源点至目的点的链路质量信息总和；f_α表示路径r_α(ψ_α)的链路质量信息总和ψ_α与增强层α所分配视频帧的占比λ_α的函数映射关系；

所述步骤S40的具体步骤为：对于所述基础层的视频数据流采用所述丢包率最小的可靠路径进行传输；对于所述增强层1的视频数据流选择链路质量最优的路径r₁(ψ₁)进行传输；对于所述增强层2的视频数据流选择链路质量次优的路径r₂(ψ₂)进行传输，以此类推，对于所述增强层n-1的视频数据流选择链路质量次优的路径r_n-1(ψ_n-1)进行传输，确保所有增强层的视频数据流都在与之对应的路径传输；然后判断所述基础层和增强层的视频数据流是否传输完毕，如果未完毕则返回所述步骤S21，否则结束本次传输；

所述步骤S10中根据不同准则对链路质量信息进行统一表征的具体方法为：根据多个判决因子得到所述无线网络中任意的两个节点i和j之间链路质量信息q_ij的表达式：

其中,i和j表示网络中任意的两个自组网节点，如果i和j互为不相邻的节点则令q_ij为无穷大；

k表示构成链路质量信息的判决因子；

表示当节点i和j为相邻节点时的链路质量信息判决因子k的权重；

表示当节点i和j为相邻节点时的链路质量信息判决因子k的属性值；

f_ij表示和对于相邻节点i和j之间链路质量信息q_ij效用差异性的函数映射关系；

所述权重的大小表示判决因子k对链路质量信息的影响程度；

所述判决因子k包括不同的网络环境状态信息。

2.一种基于异构无线自组织网络的可分级视频传输装置，其特征在于：

异构网络接入网卡，用于自组网节点实时发现其所在位置中可供接入的无线网络；

链路质量探测模块，用于周期性探测节点与节点之间的链路质量信息；

链路质量统一表征模块，用于依据不同的准则对链路质量信息进行统一表征；

多路径寻找模块，用于根据链路质量统一表征模块得到的链路质量信息的表征结果，结合与视频业务特点相对应的不同寻路准则找出发端至终端之间的n(n≥1)条可达路径；n表示自然数；

可分级视频编码模块，用于根据多路径寻找模块找出来的发端至终端的路径条数，结合不同链路状态，将视频业务进行相应的可分级视频编码；

视频传输模块，用于将可分级视频编码模块编码后的视频依据相应的选路准则，分别选择不同的传输路径传输至终端；

视频传输自适应调整模块，用于判断所述编码后的视频是否传输完毕，如果未完毕则返回多路径寻找模块进行处理，否则结束本次传输；

所述多路径寻找模块包括第一计算子模块，用于根据所述计算子模块的表征结果，分别获得两个不同网络连通关系矩阵D＝(d_ij)_m×m，Q＝(q_ij)_m×m，

其中，m表示所述无线网络中自组网节点的个数；

d_ij表示所述无线网络中任意的两个自组网节点i和j之间的权值丢包率信息，如果节点i和j互为邻居节点，则d_ij为i,j相邻节点之间的权值丢包率；如果节点i和j不相邻，则令d_ij＝∞；

q_ij表示公式(1)中的所述链路质量信息，如果节点i和j互为邻居节点，则q_ij为i,j相邻节点之间的链路质量信息；如果节点i和j不相邻，则令q_ij＝∞；

第一创建子模块，用于根据网络拓扑图以及根据所述第一计算子模块所获得的网络连通关系矩阵D＝(d_ij)_m×m，建立一个图G₁，图G₁是由一个顶点集V(G₁)、一个边集E(G₁)和一个权重关系构成的三元组，其中的权重关系使得每一条边与两个顶点相关联，并将这两个顶点称为这条边的端点；

如果对任意顶点i,j∈V(G₁)都存在一条边ij，则将边ij的权值记为w(ij)，其中w(ij)＝d_ij，d_ij为顶点i到顶点j的权值丢包率；如果ij不是一条边,则记w(ij)＝∞；

第一路径寻找子模块，用于在图G₁中，采用迪杰斯特拉算法，计算源点至目的点的丢包率最小的可靠路径

其中表示所述丢包率最小的可靠路径的源点到目的点的等效丢包率；

第二创建子模块，用于根据网络拓扑图以及根据所述第一计算子模块所获得的网络连通关系矩阵Q＝(q_ij)_m×m，建立一个图G₂，图G₂是由一个顶点集V(G₂)、一个边集E(G₂)和一个权重关系构成的三元组，其中的权重关系使得每一条边与两个顶点相关联，并将这两个顶点称为这条边的端点；

如果对任意顶点i,j∈V(G₂)都存在一条边ij，则将边ij的权值记为u(ij)，其中u(ij)＝q_ij，q_ij为顶点i到顶点j的链路质量信息；如果ij不是一条边,则记u(ij)＝∞；

第三创建子模块，用于将第一路径寻找子模块找出的所述丢包率最小的可靠路径经过的所有中间节点加入节点集Y，然后在图G₂的顶点集V(G₂)中删除所述集合Y中的元素得到顶点集V(G₂₁)，同时根据顶点集V(G₂₁)更新边得到边集E(G₂₁)，G₂₁表示得到的新图；

第二路径寻找子模块，用于在图G₂₁中，采用迪杰斯特拉算法，计算源点至目的点的链路质量信息总和最小的路径r_α(ψ_α),(1≤α≤n-1)；

其中r_α(ψ_α),(1≤α≤n-1)是依照源点到目的点的链路质量信息总和由小到大排列的路径，ψ_α表示路径r_α(ψ_α)的源点到目的点的链路质量信息总和；α表示自然数；

第二计算子模块，用于列举出第二路径寻找子模块所找出的所述路径r_α(ψ_α),(1≤α≤n-1)经过的所有中间节点，加入至节点集Y'，然后在图G₂₁的顶点集V(G₂₁)中删除集合Y'中的元素，得到新的顶点集；根据新的顶点集，更新边，得到更新后的图，返回所述第二路径寻找子模块，直到所找路径的链路质量信息总和大于链路质量信息总和的预设门限值h_max或没有新路径找到时，算法结束；

所述可分级视频编码模块包括编码子模块，用于对视频帧以GOP为单位将包含的数据帧的比特流进行划分，对每个GOP中占比γ的视频帧进行编码作为基础层的视频，将GOP中占比1-γ的视频帧作为增强层的视频；其中，在增强层视频中，选取GOP中占比λ₁的视频帧作为增强层1的视频，选取GOP中占比λ₂的视频帧作为增强层2的视频，以此类推，选取GOP中占比λ_n-1的视频帧作为增强层n-1的视频，基础层视频帧占比γ与增强层α分配视频帧占比的关系λ_α为：

λ_α＝f_α(ψ₁,ψ₂,ψ_αL Lψ_n-1,γ) (3)

其中，ψ_α表示路径r_α(ψ_α)的源点至目的点的链路质量信息总和；f_α表示路径r_α(ψ_α)的链路质量信息总和ψ_α与增强层α所分配视频帧的占比λ_α的函数映射关系；

所述视频传输模块包括传输子模块，用于对于所述基础层的视频数据流采用所述丢包率最小的可靠路径进行传输；对于所述增强层1的视频数据流选择链路质量最优的路径r₁(ψ₁)进行传输；对于所述增强层2的视频数据流选择链路质量次优的路径r₂(ψ₂)进行传输；以此类推，对于所述增强层n-1的视频数据流选择链路质量次优的路径r_n-1(ψ_n-1)进行传输，确保所有增强层的视频数据流都在与之对应的路径传输；

视频传输自适应调整模块包括判断子模块，用于判断所述基础层和增强层的视频数据流是否传输完毕，如果未完毕则返回所述第一计算子模块，否则结束本次传输；

所述链路质量统一表征模块包括计算子模块，用于根据多个判决因子计算得到所述无线网络中任意的两个节点i和j之间链路质量信息q_ij的表达式：

其中,i和j表示网络中任意的两个自组网节点，如果i和j互为不相邻的节点则令q_ij为无穷大；

k表示构成链路质量信息的判决因子；

表示当节点i和j为相邻节点时的链路质量信息判决因子k的权重；

表示当节点i和j为相邻节点时的链路质量信息判决因子k的属性值；

f_ij表示和对于相邻节点i和j之间链路质量信息q_ij效用差异性的函数映射关系；

所述权重的大小表示判决因子k对链路质量信息的影响程度；

所述判决因子k包括不同的网络环境状态信息。