一种机会网络视频分块及其传输调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线网络领域，特别是机会网络中的视频数据分块及其传输调度方 法。
【背景技术】
[0002] 用户的多媒体移动终端产生的视频文件大小不一，在机会网络中，节点间通信环 境恶劣，传输视频数据有着很大的不确定性。视频的大小往往由多个因素决定，如视频的清 晰度或者分辨率、视频的录制时长、视频的编码、压缩方式等。当视频文件较大时，有限的通 信时长和通信带宽很难保证视频在节点间的一次机会通信过程中完成，节点间的连接随时 可能断开，如果在断开连接之前视频数据未能完全传送完毕，很可能导致已传的数据无法 使用，使得节点间通信失败，已传数据被节点丢弃。为了解决这个问题，可将视频数据划分 成体积相同、大小适当的多个数据分块，以分块为单位在机会网络节点间传输，经过一定的 时延，当目的节点收到所有分块之后可按相应方法合并成完整视频，达成有效传输。
[0003] 但在视频传播的实际应用中，由于网络的不可靠性，容易发生视频分块接收不完 整的情况。当缺块数量较少时，少量、短暂的停顿和模糊往往也不会影响视频的正常播放及 对视频内容的理解。但如果缺块较多，而限于网络环境又无法及时接收到比较齐备、完整的 分块，就会对视频的播放、理解造成很大影响。如果用户对整个视频内容有较持续的关注 度，或者用户对占据视频时长比例较大的内容有较高兴趣，则在缺块严重时，更希望能获得 均匀分散在时间轴上的视频帧，通过一系列短时视频片段或者不连贯的帧图像来了解视频 的概略内容或者摘要信息。面对这种应用需求，有必要在苛刻的网络环境下，采用基于分块 紧缺度和缺块均匀度的分块调度方法来引导、调整数据分块的传输行为，有目的地干预数 据分块，使其能在目的节点趋近均匀分布，帮助用户最大限度理解全程视频内容。
【发明内容】
[0004] 针对上述部分问题，本发明提供了一种机会网络视频分块及其传输调度方法。
[0005] -种机会网络视频分块方法，所述方法对要传输的视频分成体积相同的分块，并 对每一个分块附加一个与之对应的标记字段，所述标记字段中记录的信息能够使其对应的 分块成为一个独立的可播放视频；所述分块与标记字段构成节点间传输的消息，所述消息 的大小根据网络中节点的通信时长期望值和节点间的传输带宽来确定，所述消息的大小范 围表达式为m=a?t^B，其中0<aCl，ta为机会网络中节点与节点间的通信时长期 望，B为节点间通信带宽。
[0006] -种机会网络视频分块的调度方法，所述方法通过量化分块的紧缺程度，引导和 调整源节点以及中间节点处分块的传输顺序，使目的节点接收的分块呈接近均匀分布。
[0007] 本发明中的视频分块方法不仅能充分、有效利用节点间的通信机会进行数据传 输，而且能够保证在目标节点接收分块不齐备时，也能将其合并成可播放的大视频文件。更 重要的是，本发明中的视频分块调度方法以帮助用户理解视频内容为目标，在无法获得齐 备分块集合时，能通过先期引导节点间的数据传输行为，在不太影响分块传输效率的基础 上，使最终接收的分块在目的节点上总体分布尽可能均匀，让用户在无法获得完整视频数 据的时候，能最大限度的了解视频内容。
【附图说明】
[0008] 图1分块为8M、32M、128M在Epidemic路由算法下的递交时延仿真图；
[0009] 图2分块为8M、32M、128M在SprayandWait路由算法下的递交时延仿真图；
[0010] 图3分块为8M、32M、128M在PRoPHET路由算法下的递交时延仿真图；
[0011] 图4分块为811、3211、12811在1&??1^路由算法下的递交时延仿真图；
[0012] 图5视频数据为8M，仿真1500秒，在不同分块和不同路由算法下的递交率；
[0013] 图6视频数据为32M，仿真5000秒，在不同分块和不同路由算法下的递交率；
[0014] 图7视频数据为128M，仿真5000秒，在不同分块和不同路由算法下的递交率；
[0015] 图8分块紧缺度示意图；
[0016] 图9基于分块紧缺度的视频分块调度方法流程图；
[0017] 图10不同节点中递交率对PSNR的影响；
[0018] 图11不同调度方法对仿真时长和递交率的影响；
[0019] 图12视频文件5MB，分块50KB，100个分块在不同递交率下的三种方法缺块均匀度 示意图；
[0020] 图13视频文件5MB，分块100KB，100个分块在不同递交率下的三种方法缺块均匀 度不意图；
[0021] 图14视频文件10MB，分块50KB，100个分块在不同递交率下的三种方法缺块均匀 度不意图；
[0022] 图15视频文件10MB，分块100KB，100个分块在不同递交率下的三种方法缺块均与 度不意图；
[0023] 图16节点稀疏对不同调度方法的影响-区域1000X1000;
[0024] 图17节点稀疏对不同调度方法的影响-区域300X300 ;
[0025] 图18顺序分块传输方法下的视频分块帧序列示意图；
[0026] 图19随机分块传输方法下的视频分块帧序列示意图；
[0027] 图20基于分块紧缺度分块传输方法下的视频分块帧序列示意图。
【具体实施方式】
[0028] 在一个实施例中，对要传输的视频采用了 一种机会网络视频分块方法，所述方法 对要传输的视频分成体积相同的分块，并对每一个分块附加一个与之对应的标记字段，所 述标记字段中记录的信息能够使其对应的分块成为一个独立的可播放视频；所述分块与标 记字段构成节点间传输的消息，所述消息的大小根据网络中节点的通信时长期望和节点间 的传输带宽来确定，所述消息的大小范围表达式为：
[0029] m=a?ta ?B(l)
[0030]在式⑴中，0<a彡1，ta为机会网络中节点与节点间的通信时长期望值，B为 节点间通信带宽。a为介于0-1之间的调整系数，可通过仿真结果获得表现良好的经验值。
[0031] 具体地，为了让数据分块在机会网络中传输，在标记信息字段中记录了大量相关 信息，包括分块所在的视频文件的编号、数据分块的编号、源节点的编号、目标节点的编号、 视频分块起止时间、失效时间、分块中数据的大小、总的分块个数、编解码或者压缩信息等， 用于支持每个分块可独立播放。当分块数量较少时，分块体积相对较大，节点间通信断开 时，总有最后一个未传完的分块中的数据通信被浪费，为了减少这部分浪费，尽可能有效利 用通信机会，可以减小分块体积，而分块太小，又使分块数量增加，进而在全网中增加了大 量标记信息，标记信息量过多又占据了数据的通信机会，降低了网络吞吐率，而且数据分块 过小，在节点间数据分块的调度中，面临大量的运算，耗费节点能量和通信时间，又会降低 分块传输效率。
[0032] 假定标记字段大小为h，消息大小为m，则分块大小为m-h，平均一个数据块传输的 吞吐率为：
[0033]
【主权项】
1. 一种机会网络视频分块及其传输调度方法，其特征在于，所述方法对要传输的视频 分成体积相同的分块，并对每一个分块附加一个与之对应的标记字段，所述标记字段中记 录的信息能够使其对应的分块成为一个独立的可播放视频；所述分块与标记字段构成节点 间传输的消息，所述消息的大小根据网络中节点的通信时长期望值和节点间的传输带宽来 确定，所述消息的大小范围表达式为m = α · ta · B，其中O < a C 1，1：3为节点与节点间 的通信时长的期望值，B为节点间通信带宽。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，所述标记字段包括所述分块编 号、播放时长、文件ID、分块大小、分块个数、编解码信息、所述分块在视频文件中的起止时 间、失效时间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分块包含一个或若干个图片组 (Group of Pictures，GOP)，所述图片组是指在MPEG-4压缩标准下从视频文件中析出的基 本视频单元。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过实验仿真的方式确定α的取值范围。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分块中包含的图片组的数量的确定 步骤： 5101 :首先通过分析要传输的视频的文件头和数据存储结构来计算所述图片组的个数 和大小； 5102 :根据所述分块的大小划定每个分块的图片组数量。
6. -种采用权利要求1?5任一所述方法进行分块的视频传输调度方法，其特征在于， 所述方法通过引导和调整源节点及中间节点处分块的传输顺序，使目的节点接收的分块趋 于均匀分布。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调度方法包含以下步骤： 5201 :假定在机会网络中任选A、B两个节点，判断所述A、B两节点在移动中是否相互 进入通信范围，如果是，则进入步骤S202 ; 5202 :通过路由算法确定所述A、B两节点是否实现数据传输，如果产生数据传输，则所 述A、B两节点交换各自的分块的存在向量表； 5203 :经过对双方存在向量表的分析判断，如果在A、B两节点间存在可传输分块，则在 A节点处计算B节点可接收分块的分块紧缺度；否则，暂时无有效通信，并进行周期检测； 5204 :在A节点中，选择具有最大分块紧缺度的分块向B节点发送，发送成功后，更新A 节点中所管理的所有分块存在向量表； 5205 :在B节点中，接收A节点发送的分块；统计已有的分块集合，计算A节点中分块紧 缺度序列，并选择具有最大分块紧缺度的分块向A节点发送；更新B节点中所管理的分块存 在向量表； 5206 :返回 S203 ; 所述分块紧缺度为每个缺失的分块在分块序列中周边缺块情况的描述。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分块紧缺度的计算公式为：
，其中，j e (〇，k-l)，（1-Exist (j))函数表示当前 分块的存在向量值取反，取反之后，缺失值为1，已收到值为O ;k为分块数量，L为计算某个 特定分块的紧缺度考察范围，即，对当前缺块位置附近考察范围长度的定义，fTCight为权值 函数，其表达式为：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S204和步骤S205中选择具有最大 分块紧缺度的分块时，如果有多个分块紧缺度相同的分块，则随机选择一个分块进行传输。
【专利摘要】本发明涉及一种机会网络视频分块及其传输调度方法，所述方法将要传输的视频大文件分割成体积相同的分块，并对每一个分块附加一个与之对应的标记字段保存分块编号、播放时长、文件ID等信息，所述分块与标记字段共同构成节点间传输的消息，给出了确定消息大小的方法，以便于高效利用网络中的机会通信能力。在网络通信环境恶劣的情况下，有限时间内，无法保证所有消息都能被目标节点完整接收，本发明提出一种基于分块紧缺度和缺块均匀度的消息调度算法，实现在分块接收不完全时，视频分块在时间轴上趋于均匀分布，帮助用户最大限度的了解视频概略内容，或者为是否继续耗时等待传输完成提供决策。
【IPC分类】H04N21-262, H04N21-238, H04N21-2343
【公开号】CN104539985
【申请号】CN201510009466
【发明人】李鹏, 王小明, 朱腾蛟, 张丹, 林亚光
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月8日