一種機會網絡視頻分塊及其傳輸調度方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線網絡領域，特別是機會網絡中的視頻數據分塊及其傳輸調度方 法。
【背景技術】
[0002] 用戶的多媒體移動終端產生的視頻文件大小不一，在機會網絡中，節點間通信環 境惡劣，傳輸視頻數據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點間的一次機會通信過程中完成，節點間的連接隨時 可能斷開，如果在斷開連接之前視頻數據未能完全傳送完畢，很可能導致已傳的數據無法 使用，使得節點間通信失敗，已傳數據被節點丟棄。為了解決這個問題，可將視頻數據劃分 成體積相同、大小適當的多個數據分塊，以分塊為單位在機會網絡節點間傳輸，經過一定的 時延，當目的節點收到所有分塊之后可按相應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用中，由于網絡的不可靠性，容易發生視頻分塊接收不完 整的情況。當缺塊數量較少時，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 對視頻內容的理解。但如果缺塊較多，而限于網絡環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容有較持續的關注 度，或者用戶對占據視頻時長比例較大的內容有較高興趣，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 的概略內容或者摘要信息。面對這種應用需求，有必要在苛刻的網絡環境下，采用基于分塊 緊缺度和缺塊均勻度的分塊調度方法來引導、調整數據分塊的傳輸行為，有目的地干預數 據分塊，使其能在目的節點趨近均勻分布，幫助用戶最大限度理解全程視頻內容。

【發明內容】

[0004] 針對上述部分問題，本發明提供了一種機會網絡視頻分塊及其傳輸調度方法。
[0005] -種機會網絡視頻分塊方法，所述方法對要傳輸的視頻分成體積相同的分塊，并 對每一個分塊附加一個與之對應的標記字段，所述標記字段中記錄的信息能夠使其對應的 分塊成為一個獨立的可播放視頻；所述分塊與標記字段構成節點間傳輸的消息，所述消息 的大小根據網絡中節點的通信時長期望值和節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為機會網絡中節點與節點間的通信時長期 望，B為節點間通信帶寬。
[0006] -種機會網絡視頻分塊的調度方法，所述方法通過量化分塊的緊缺程度，引導和 調整源節點以及中間節點處分塊的傳輸順序，使目的節點接收的分塊呈接近均勻分布。
[0007] 本發明中的視頻分塊方法不僅能充分、有效利用節點間的通信機會進行數據傳 輸，而且能夠保證在目標節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，本發明中的視頻分塊調度方法以幫助用戶理解視頻內容為目標，在無法獲得齊 備分塊集合時，能通過先期引導節點間的數據傳輸行為，在不太影響分塊傳輸效率的基礎 上，使最終接收的分塊在目的節點上總體分布盡可能均勻，讓用戶在無法獲得完整視頻數 據的時候，能最大限度的了解視頻內容。
【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視頻數據為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視頻數據為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視頻數據為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度方法流程圖；
[0017] 圖10不同節點中遞交率對PSNR的影響；
[0018] 圖11不同調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節點稀疏對不同調度方法的影響-區域1000X1000;
[0024] 圖17節點稀疏對不同調度方法的影響-區域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，對要傳輸的視頻采用了 一種機會網絡視頻分塊方法，所述方法 對要傳輸的視頻分成體積相同的分塊，并對每一個分塊附加一個與之對應的標記字段，所 述標記字段中記錄的信息能夠使其對應的分塊成為一個獨立的可播放視頻；所述分塊與標 記字段構成節點間傳輸的消息，所述消息的大小根據網絡中節點的通信時長期望和節點間 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為機會網絡中節點與節點間的通信時長期望值，B為 節點間通信帶寬。a為介于0-1之間的調整系數，可通過仿真結果獲得表現良好的經驗值。
[0031] 具體地，為了讓數據分塊在機會網絡中傳輸，在標記信息字段中記錄了大量相關 信息，包括分塊所在的視頻文件的編號、數據分塊的編號、源節點的編號、目標節點的編號、 視頻分塊起止時間、失效時間、分塊中數據的大小、總的分塊個數、編解碼或者壓縮信息等， 用于支持每個分塊可獨立播放。當分塊數量較少時，分塊體積相對較大，節點間通信斷開 時，總有最后一個未傳完的分塊中的數據通信被浪費，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，又使分塊數量增加，進而在全網中增加了大 量標記信息，標記信息量過多又占據了數據的通信機會，降低了網絡吞吐率，而且數據分塊 過小，在節點間數據分塊的調度中，面臨大量的運算，耗費節點能量和通信時間，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，平均一個數據塊傳輸的 吞吐率為：
[0033]
【主權項】
1. 一種機會網絡視頻分塊及其傳輸調度方法，其特征在于，所述方法對要傳輸的視頻 分成體積相同的分塊，并對每一個分塊附加一個與之對應的標記字段，所述標記字段中記 錄的信息能夠使其對應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成節點 間傳輸的消息，所述消息的大小根據網絡中節點的通信時長期望值和節點間的傳輸帶寬來 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為節點與節點間 的通信時長的期望值，B為節點間通信帶寬。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，優選的，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、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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述分塊中包含的圖片組的數量的確定 步驟： 5101 :首先通過分析要傳輸的視頻的文件頭和數據存儲結構來計算所述圖片組的個數 和大小； 5102 :根據所述分塊的大小劃定每個分塊的圖片組數量。
6. -種采用權利要求1?5任一所述方法進行分塊的視頻傳輸調度方法，其特征在于， 所述方法通過引導和調整源節點及中間節點處分塊的傳輸順序，使目的節點接收的分塊趨 于均勻分布。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述調度方法包含以下步驟： 5201 :假定在機會網絡中任選A、B兩個節點，判斷所述A、B兩節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兩節點是否實現數據傳輸，如果產生數據傳輸，則所 述A、B兩節點交換各自的分塊的存在向量表； 5203 :經過對雙方存在向量表的分析判斷，如果在A、B兩節點間存在可傳輸分塊，則在 A節點處計算B節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節點中，選擇具有最大分塊緊缺度的分塊向B節點發送，發送成功后，更新A 節點中所管理的所有分塊存在向量表； 5205 :在B節點中，接收A節點發送的分塊；統計已有的分塊集合，計算A節點中分塊緊 缺度序列，并選擇具有最大分塊緊缺度的分塊向A節點發送；更新B節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. 根據權利要求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))函數表示當前 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為分塊數量，L為計算某個 特定分塊的緊缺度考察范圍，即，對當前缺塊位置附近考察范圍長度的定義，fTCight為權值 函數，其表達式為：
9.根據權利要求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】本發明涉及一種機會網絡視頻分塊及其傳輸調度方法，所述方法將要傳輸的視頻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成節點間傳輸的消息，給出了確定消息大小的方法，以便于高效利用網絡中的機會通信能力。在網絡通信環境惡劣的情況下，有限時間內，無法保證所有消息都能被目標節點完整接收，本發明提出一種基于分塊緊缺度和缺塊均勻度的消息調度算法，實現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容，或者為是否繼續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
【申請號】CN201510009466
【發明人】李鵬, 王小明, 朱騰蛟, 張丹, 林亞光
【申請人】陜西師范大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月8日