可分層編解碼視頻在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的傳輸控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種可分層編解碼視頻的在無線 網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 可分層編解碼視頻流可W在一定程度上根據(jù)所處的傳輸環(huán)境實(shí)現(xiàn)靈活的速率和 視頻質(zhì)量的自適應(yīng)調(diào)整。近來，可分層編解碼視頻在無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸問題得到廣泛關(guān)注。 但目前的研究主要集中在單跳無線網(wǎng)絡(luò)，如蜂窩網(wǎng)中基站可W集中式地控制整個(gè)小區(qū)的資 源調(diào)度和為多個(gè)用戶選擇視頻流傳輸?shù)膬?nèi)容。
[0003] 無線自組織網(wǎng)絡(luò)（如無線mesh網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）具有成本低、部署快、可靠性 高W及可覆蓋邊緣或環(huán)境惡劣的區(qū)域等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)未來無處不在的接入網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的潛 在技術(shù)之一。然而，由于節(jié)點(diǎn)功率受限、上層可用網(wǎng)絡(luò)傳輸容量(能力域)與底層資源分配的 緊禪合性，W及要求傳輸協(xié)議具有可擴(kuò)展性和服務(wù)質(zhì)量保證等特點(diǎn)，可分層編解碼視頻流 在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中傳輸面臨著更多挑戰(zhàn)。
[0004] 為了提高無線自組織網(wǎng)絡(luò)的功率效率，需要對可分層編解碼視頻流的傳輸參數(shù)進(jìn) 行最優(yōu)控制。同時(shí)，可分層編解碼視頻流在較大的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中傳輸算法還需要分布 式實(shí)現(xiàn)，W提高其可擴(kuò)展性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述現(xiàn)有技術(shù)及其存在的問題，本發(fā)明提出了一種可分層編解碼視頻在無線 自組織網(wǎng)絡(luò)中的傳輸控制方法，針對無線自組織網(wǎng)絡(luò)可分層編解碼視頻流傳輸中兩個(gè)重要 性能參數(shù)（網(wǎng)絡(luò)功率消耗和傳輸視頻質(zhì)量)的最優(yōu)權(quán)衡，實(shí)現(xiàn)了底層資源分配(帶寬和功率） 與上層可分層編解碼視頻流傳輸內(nèi)容選擇的最佳匹配。
[0006] 本發(fā)明提出了一種可分層編解碼視頻在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的傳輸控制方法，該方 法包括W下步驟：
[0007] 步驟1、初始化設(shè)置:設(shè)置源節(jié)點(diǎn)m的應(yīng)用層可分層編解碼視頻質(zhì)量的加權(quán)系數(shù)為 T m，該節(jié)點(diǎn)所有無線鏈路1功率消耗的加權(quán)系數(shù)為m;
[0008] 步驟2、初始化設(shè)置:設(shè)置物理層正則化常量e、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可用頻帶帶可用帶寬bW 及時(shí)隙長度;每個(gè)節(jié)點(diǎn)n保存兩個(gè)可更新的控制變量、(i)和iin(i)，其中i表示當(dāng)前時(shí)隙號(hào)；
[0009] 步驟3、初始化設(shè)置:設(shè)置跨層協(xié)調(diào)模塊中的控制變量更新的兩個(gè)固定步長0和5， 并初始化兩個(gè)控制變量、(i )和Wn ( i );
[0010] 步驟4、源節(jié)點(diǎn)m從各層獲取控制變量的值，并計(jì)算本層的變量最優(yōu)值，具體包括W 下處理：
[0011]分層編解碼視頻流的源節(jié)點(diǎn)m采用基于MGS-temporal層的選擇策略:應(yīng)用層首先 確定當(dāng)前其帖需要發(fā)送的視頻層14 =[妹，....，破]，其中<=〇表示帖Z只發(fā)送基本層，而 < =/ (/ 5^/')表示帖2發(fā)送基本層和前*個(gè)165層;較低時(shí)序?qū)拥牡?65層、較低時(shí)序?qū)拥母?MGS層、較高時(shí)序?qū)拥牡蚆GS層、較高時(shí)序?qū)拥母進(jìn)GS層，直到公式（I)取得可分層編解碼視頻 源m的質(zhì)量Qm的最大值：
[0012] Maximize 丫mqm( nm)-Am：Tm( n") (I)
[0013] 其中，
為可分層編解碼視頻源m的質(zhì)量，是Hm的函 數(shù)，P是該視頻像素的最大亮度值，兩而是帖Z的失真。不同的發(fā)送策略對應(yīng)不同的平均傳 輸速率rm，也是的函數(shù)，即rm( rim);咕=[城，…，誠巧節(jié)點(diǎn)m的可分層編解碼視頻帖傳輸 策略矢量，其中，]^ =[為，...，皆]為節(jié)點(diǎn)m的可分層編解碼視頻帖傳輸策略矢量，請=0表示 帖Z只發(fā)送基本層，而而=^ n表示帖Z發(fā)送基本層和前t個(gè)MGS層；
[0014] 鏈路層從跨層協(xié)調(diào)模塊中獲取控制變量后首先計(jì)算每個(gè)鏈路當(dāng)前時(shí)隙的權(quán)值，曰1 =As(I)-Ae(I)，01=]is(l)+lie(l)，其中，S(I)為鏈路的發(fā)射端節(jié)點(diǎn)，e(l)為鏈路的接收端節(jié)點(diǎn)。其 次，獲取所有鏈路當(dāng)前時(shí)隙信道的增益系數(shù)hi。最后，網(wǎng)絡(luò)中所有鏈路的發(fā)射端節(jié)點(diǎn)分別根 據(jù)公式(2)和公式(3)計(jì)算該鏈路在當(dāng)前時(shí)隙所分配的帶寬Wi和功率P1，
[0017] 其中，hi為鏈路1的在當(dāng)前時(shí)隙的信道增益;每個(gè)鏈路發(fā)射端節(jié)點(diǎn)測量并保存鏈路 的在當(dāng)前時(shí)隙的信道增益；
[0018] 網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)鏈路層分配的帶寬和功率傳輸其發(fā)送隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，每個(gè)鏈路1上最 大可能承載的當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)層傳輸速率為：?1(：0=*11〇邑2(1+91(：〇111(：〇/\￥1(；〇);
[0019] 步驟5、從應(yīng)用層和物理層分別獲取rm(i)、pi(i)W及wi(i)等參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié) 點(diǎn)根據(jù)公式(4)和(5)更新其兩個(gè)控制變量：
[0022] 其中，i為當(dāng)前時(shí)隙號(hào)；Hmi = 1表示節(jié)點(diǎn)m是鏈路1的發(fā)射端節(jié)點(diǎn)，而Hmi = -1表示節(jié) 點(diǎn)m是鏈路1的接收端節(jié)點(diǎn)，否則Hml = O ;如果鏈路1屬于節(jié)點(diǎn)m，則Xml= 1，否則Xml = O ;
[0023] 步驟6、每個(gè)節(jié)點(diǎn)把更新后的兩個(gè)控制變量發(fā)送到鄰居節(jié)點(diǎn)；
[0024] 步驟7、在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間，步驟4-6循環(huán)執(zhí)行，W保持上層應(yīng)用層信息和下層物 理層變化的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)和最優(yōu)更新。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用的分布式算法避免了控制開銷的全網(wǎng)傳播，通過節(jié) 點(diǎn)的局部信息交換和獨(dú)立解決相應(yīng)子問題，達(dá)到底層資源分配和上層可分層編解碼視頻傳 輸內(nèi)容選擇的最優(yōu)匹配;快速收斂到最優(yōu)解，并能實(shí)現(xiàn)可分層編解碼視頻的平均傳輸質(zhì)量 和網(wǎng)絡(luò)總功率消耗的最優(yōu)權(quán)衡。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的可分層編解碼視頻在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的傳輸控制方法流程圖；
[0027] 圖2本發(fā)明在無線自組織網(wǎng)絡(luò)的分層模型中的實(shí)施方法。
【具體實(shí)施方式】
[0028] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029] 如圖1所示，為本發(fā)明的可分層編解碼視頻在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的傳輸控制方法 流程圖。
[0030] 初始化：
[0031] 網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間劃分為時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長度固定且是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求預(yù)先確 定。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求和運(yùn)營策略等確定視頻質(zhì)量加權(quán)系數(shù)和無線鏈路功率消耗的加權(quán)系 數(shù);設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)控制變量的初值，并保存在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中；設(shè)置正則化常量;兩個(gè) 控制變量更新的固定步長;設(shè)置各節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可用頻帶帶寬；
[0032] 每個(gè)分層編解碼視頻流的源節(jié)點(diǎn)采用基于MGS-temporal層的選擇其當(dāng)前帖的發(fā) 送策略；
[0033] 鏈路上計(jì)算加權(quán)值和信道增益：
[0034] 每條鏈路的發(fā)射端節(jié)點(diǎn)根據(jù)該鏈路兩端節(jié)點(diǎn)的控制變量計(jì)算該鏈路的當(dāng)前加權(quán) 值。每個(gè)鏈路發(fā)射端節(jié)點(diǎn)測量并保存鏈路的在當(dāng)前時(shí)隙的信道增益。
[0035] 鏈路上功率和帶寬分配：
[0036] 網(wǎng)絡(luò)中所有鏈路的發(fā)射端節(jié)點(diǎn)根據(jù)鏈路的當(dāng)前加權(quán)值、鏈路的信道系數(shù)W及視頻 質(zhì)量與無線鏈路功率消耗的加權(quán)系數(shù)等分配鏈路功率和帶寬。鏈路根據(jù)分配的功率和帶寬 傳輸其發(fā)送隊(duì)列中的視頻數(shù)據(jù)。
[0037] 節(jié)點(diǎn)更新控制變量并廣播：
[0038] 網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)其當(dāng)前視頻流的帖速率、網(wǎng)絡(luò)功率和帶寬分配結(jié)果更新其兩 個(gè)控制變量;每個(gè)節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播其更新后的控制變量；
[0039] 在整個(gè)視頻流發(fā)送過程的每個(gè)時(shí)隙都循環(huán)執(zhí)行步驟(2巧lj(6)，直到網(wǎng)絡(luò)中視頻流 傳輸完畢。
[0040] 當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)傳輸采用分層模型，本發(fā)明在實(shí)際實(shí)施中設(shè)及節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層 和物理層的跨層交互W及節(jié)點(diǎn)之間的消息交互。下面結(jié)合網(wǎng)絡(luò)分層模型闡述本發(fā)明的最大 實(shí)施方式。
[0041] 如圖2所示，采用本發(fā)明進(jìn)行可分層編解碼視頻的傳輸時(shí)參數(shù)與分層模型對應(yīng)方 式為:可分層編解碼視頻質(zhì)量的加權(quán)系數(shù)為Tm、無線鏈路1功率消耗的加權(quán)系數(shù)為m、視頻 發(fā)送的策略參數(shù)rim、質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)Qm(Hm)W及視頻帖速率rm( rim)等屬于應(yīng)用層參數(shù);每個(gè) 鏈路上的流速率f