專利名稱：一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò) 編碼方法。
背景技術(shù)：
流媒體是指在網(wǎng)絡(luò)上按時(shí)間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音、視頻數(shù)據(jù)流，具有數(shù) 據(jù)量大、邊下載邊播放等特點(diǎn)，逐漸成為互聯(lián)網(wǎng)上音視頻服務(wù)的主要形式。然而，流媒體具 有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，播放要求嚴(yán)格的實(shí)時(shí)連續(xù)性。針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)，P2P(Peer to Peer，對(duì)等) 技術(shù)通過(guò)用戶間的數(shù)據(jù)共享和對(duì)等傳輸能夠有效提高視頻播放質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)吞吐量等系統(tǒng)性 能，是一種有效的應(yīng)用層協(xié)作傳輸技術(shù)。然而，由于用戶群分裂、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化等因素， P2P流媒體分發(fā)仍存在數(shù)據(jù)“饑餓”現(xiàn)象，導(dǎo)致視頻播放中斷或質(zhì)量降低，因此，極端條件下 P2P流媒體分發(fā)的性能改善技術(shù)仍是其重點(diǎn)研究方向。在實(shí)用化網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用中，特別在流媒體分發(fā)系統(tǒng)中，最基本的工作是完成視頻 數(shù)據(jù)的分段，以實(shí)現(xiàn)段內(nèi)網(wǎng)絡(luò)編碼，在提高系統(tǒng)傳輸性能的同時(shí)保持流媒體的實(shí)時(shí)播放特 性。在已有的研究成果中，針對(duì)流媒體分發(fā)中視頻的幀播放特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)編碼通常采用時(shí)間分 段方式以GoP (Group of Picture，畫面組)為單位分段和以秒為單位分段，這種分段方式 有利于滿足視頻播放要求，但視頻VBR(Variable-Bit-Rate，變比特率)特性使該方式下的 數(shù)據(jù)段大小隨機(jī)波動(dòng)，不便于緩沖區(qū)管理和數(shù)據(jù)調(diào)度。因此，本發(fā)明采用數(shù)據(jù)分段方式，即 每個(gè)段具有相同的分段長(zhǎng)度。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)編碼的分段長(zhǎng)度與節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)、帶寬等多種因素有關(guān)，并直接影響播 放起始時(shí)延、視頻播放質(zhì)量和帶寬有效負(fù)載率。因此，在滿足資源約束和視頻播放要求的綜 合條件下，最大化網(wǎng)絡(luò)編碼的分段長(zhǎng)度可有效提高編碼數(shù)據(jù)的有效負(fù)載率，從而提高帶寬 利用率?？紤]實(shí)際的P2P系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)提供的緩沖區(qū)等資源不同，因此它們?cè)试S的最大分段 長(zhǎng)度，即分段長(zhǎng)度約束是不同的。若系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)采用相同的分段長(zhǎng)度，其最大分段長(zhǎng)度 只能為所有節(jié)點(diǎn)分段長(zhǎng)度約束的最小值，造成具有大緩沖區(qū)節(jié)點(diǎn)的資源浪費(fèi)，降低帶寬利 用率。然而，目前針對(duì)P2P流媒體分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)中，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)不同緩沖區(qū)的處 理，影響了 P2P系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別針對(duì)P2P系統(tǒng)中通過(guò)將分段 長(zhǎng)度約束按大小順序劃分為多個(gè)等級(jí)，并在同級(jí)內(nèi)使用相同的分段長(zhǎng)度，使各節(jié)點(diǎn)能夠根 據(jù)提供的資源使用不同的分段長(zhǎng)度，提出了一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼方法，包 括如下步驟基于分段長(zhǎng)度約束對(duì)節(jié)點(diǎn)分級(jí)，所述分段長(zhǎng)度約束為每個(gè)節(jié)點(diǎn)所能采用的可行最大分段長(zhǎng)度，將所述節(jié)點(diǎn)分為L(zhǎng)級(jí)，各級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為k1;k2. ..kL,n = ki+k2+. . . +K，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)；根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)分級(jí)L，確定各級(jí)節(jié)點(diǎn)不同的分段長(zhǎng)度gi，i = 1,2,…，L ；根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)分級(jí)L和各級(jí)的分段長(zhǎng)度gi，對(duì)段內(nèi)數(shù)據(jù)采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)段內(nèi)編碼；根據(jù)所述段內(nèi)編碼得到的編碼數(shù)據(jù)塊，各級(jí)節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同工作，低級(jí)別節(jié)點(diǎn)向同 級(jí)或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，所述被請(qǐng)求的同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)接收所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并 向請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，針對(duì)P2P系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)具有的不同分段長(zhǎng)度約束，以 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼為基礎(chǔ)，通過(guò)將分段長(zhǎng)度約束按大小順序劃分為多個(gè)等級(jí)，并在同級(jí)內(nèi)使用 相同的分段長(zhǎng)度，使各節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)提供的資源使用不同的分段長(zhǎng)度。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)相同 長(zhǎng)度的編碼向量和分段長(zhǎng)度的整數(shù)倍關(guān)系等，使采用不同等級(jí)分段長(zhǎng)度的節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)同工 作，低級(jí)別節(jié)點(diǎn)可使用同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)的編碼數(shù)據(jù)，具有較高的解碼概率。因此，本發(fā) 明內(nèi)容可用于實(shí)際P2P流媒體系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)，以充分利用節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)等資源，提 高網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)的有效負(fù)載率。本發(fā)明提出的上述方案，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的改動(dòng)很小，不會(huì)影響系統(tǒng)的兼容性，而且實(shí) 現(xiàn)簡(jiǎn)單、高效。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼的流程框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于分段長(zhǎng)度約束的節(jié)點(diǎn)分級(jí)，L = 3的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的視頻數(shù)據(jù)的分級(jí)分段，L = 3的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一級(jí)分段的段內(nèi)分塊及編碼示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的二級(jí)分段的段內(nèi)分塊及編碼示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)請(qǐng)求編碼數(shù)據(jù)塊的流程圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的節(jié)點(diǎn)處理編碼數(shù)據(jù)塊請(qǐng)求的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼方法， 結(jié)合圖1所示，該方法包括如下步驟SlOl 基于分段長(zhǎng)度約束對(duì)節(jié)點(diǎn)分級(jí)，分段長(zhǎng)度約束為每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的最大分段長(zhǎng) 度，將節(jié)點(diǎn)分為L(zhǎng)級(jí)，各級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為k1; k2. . . kL, η = ki+k2+. . . +kL, η為節(jié)點(diǎn)數(shù)。具體的說(shuō)，基于分段長(zhǎng)度約束對(duì)所有節(jié)點(diǎn)分級(jí)包括首先，確定各節(jié)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度約束<,j = l，2，…，η。分段長(zhǎng)度約束<為每個(gè)節(jié)點(diǎn)所能采用的可行最大分段長(zhǎng)度。其 中，分段長(zhǎng)度約束4是由各Peer節(jié)點(diǎn)提供的緩沖區(qū)、接入帶寬、播放時(shí)延約束等因素決定。 然后將上述各節(jié)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度約束<按從小到大進(jìn)行排序，即· S…《乂。根據(jù)Ρ2Ρ流 媒體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和解碼概率需求，估計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)閾值λ。閾值λ可以保障所有節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)編碼 系統(tǒng)中都能夠盡可能的解碼，即具有較高的解碼概率。其影響該閾值的因素包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?結(jié)構(gòu)和需求的解碼概率，在固定其他條件下，閾值越大，解碼概率越高，反之越低。根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)閾值λ，將各節(jié)點(diǎn)分為L(zhǎng)級(jí)，各級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為
ki+k2+. . . +kL,即確定每一級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和該級(jí)可使用的最大分段長(zhǎng)度^nax。其中，最高級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)必須大于節(jié)點(diǎn)數(shù)閾值，即& > λ，由此可以保障解碼概率。下面以節(jié)點(diǎn)分級(jí)L = 3時(shí)的分級(jí)方法為例，結(jié)合圖2詳細(xì)說(shuō)明。 圖2為基于分段長(zhǎng)度約束的節(jié)點(diǎn)分級(jí)L = 3時(shí)的示意圖，如圖2中所示，基于分段 長(zhǎng)度約束￥將所有節(jié)點(diǎn)劃分為三個(gè)等級(jí)，即L = 3。具體的說(shuō)，首先確定各節(jié)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度約束￥，然后對(duì)節(jié)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度約束按從 小到大進(jìn)行排序，即i ^·、《。根據(jù)P2P流媒體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和解碼概率需求，估計(jì)節(jié)點(diǎn) 數(shù)閾值λ，依據(jù)該閾值，對(duì)系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)，即確定每一級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和該級(jí)可使用 的最大分段長(zhǎng)度^max。在本實(shí)施例中，將N個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為三級(jí)，每級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)為ki;i = 1，2，3。 其中，第一級(jí)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為h，第二級(jí)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為k2，第三級(jí)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為k3，且 本實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)編碼分段采用數(shù)據(jù)分段方式，克服了時(shí)間分段方式造成的數(shù) 據(jù)塊大小波動(dòng)的缺點(diǎn)，便于緩沖區(qū)管理和數(shù)據(jù)調(diào)度。針對(duì)給定視頻，網(wǎng)絡(luò)編碼分段長(zhǎng)度的確 定需要綜合考慮了以下因素節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)、動(dòng)態(tài)帶寬變化范圍、播放起始時(shí)延等。S102 根據(jù)節(jié)點(diǎn)分級(jí)L，確定各級(jí)節(jié)點(diǎn)不同的分段長(zhǎng)度gi，i = 1,2,…，L。在上述步驟中給定的節(jié)點(diǎn)分級(jí)下，確定每一級(jí)使用的分段長(zhǎng)度gi，i = 1,2,…，L。 其中，一級(jí)以上的分段長(zhǎng)度gi(i ^ 2)為一級(jí)分段長(zhǎng)度&的整數(shù)倍。設(shè)視頻數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度為S，則分段長(zhǎng)度gl把該視頻數(shù)據(jù)等分成m段，即S = mXgl。 若節(jié)點(diǎn)共分為L(zhǎng)級(jí)，則m可分解為L(zhǎng)-I個(gè)正整數(shù)，即
，其中κ i = 1， 2，…，L-I為第i+1級(jí)的分段長(zhǎng)度乘子。高級(jí)分段的分段長(zhǎng)度gi，i > 2是次高級(jí)分段的分段長(zhǎng)度的整數(shù)倍，即 Si =^l-Igi-! =^1Kjgl，則最高級(jí)分段長(zhǎng)度為& 二??！口/^免。即所有級(jí)別分段長(zhǎng)度的最小公
倍數(shù)為做高級(jí)別分段長(zhǎng)度，能夠整除視頻總數(shù)據(jù)長(zhǎng)度S。在本實(shí)施例中，相同級(jí)別的節(jié)點(diǎn)具有相同的分段長(zhǎng)度。各級(jí)分段長(zhǎng)度gi除滿足上述整數(shù)化關(guān)系外，還要滿足每一級(jí)的分段長(zhǎng)度gi，i = 1,2...L要不大于該級(jí)中各節(jié)點(diǎn)最大分段長(zhǎng)度的最小值，結(jié)合圖2所示，即 …
在實(shí)際計(jì)算中，可采用整數(shù)規(guī)劃計(jì)算各級(jí)分段長(zhǎng)度參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)分段長(zhǎng)度的最大 化。圖3示出了視頻數(shù)據(jù)的分級(jí)分段，L = 3的示意圖。結(jié)合圖2和圖3所示，將視頻 內(nèi)容劃分為三級(jí)，各級(jí)分段長(zhǎng)度分別為gl、&和g3，其中，& = 2gl、g3 = 4gl，即K1=K2 = 2。如圖3中所示，分段后，一級(jí)節(jié)點(diǎn)將視頻內(nèi)容分段為S11, S12,…，Sm，二級(jí)節(jié)點(diǎn)分段 為S21，S22，…，^f，三級(jí)節(jié)點(diǎn)分段為S41，S42，…，&寧。其中，高級(jí)分段的每一段包含低級(jí)分 段的多個(gè)分段，如S21由S11和S12構(gòu)成，J2f由Snri和Sm構(gòu)成；S41由Sn、S12, S13和S14構(gòu)成，
4 學(xué)甶 Sm—3、Sm—2、 Snri和Sm構(gòu)成。優(yōu)選的，通過(guò)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)分段，可使K i = 2，i = 1，2，…，L-1，形成二分分段。S103:根據(jù)節(jié)點(diǎn)分級(jí)L和各級(jí)的分段長(zhǎng)度gi，對(duì)段內(nèi)數(shù)據(jù)采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn) 段內(nèi)編碼。根據(jù)步驟101和102中確定的節(jié)點(diǎn)分級(jí)L和各級(jí)的分段長(zhǎng)度gi，對(duì)段內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)編碼，本實(shí)施例采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)段內(nèi)編碼。圖4示出了一級(jí)分段的段內(nèi)分塊及編碼示意圖。如圖4中所示，一級(jí)分 段的段數(shù)據(jù)等分為N塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為gl/N。然后由節(jié)點(diǎn)隨機(jī)生成編碼向量 di = ^iel + ai2e2 + · ·. + o^e》,其中’司為已有數(shù)據(jù)塊的編碼向量。若為編碼數(shù)據(jù)塊， 貝阮為該塊的編碼向量；若為原始數(shù)據(jù)塊，則《為單位向量。在此編碼向量下，新編碼數(shù)據(jù)塊 Ei 為已有數(shù)據(jù)塊 Bil，Bi2，…，BiN 的線性組合 Ei = anBn+ai2Bi2+- + aiNBiN, 如圖4所示，編碼數(shù)據(jù)包由編碼向量和編碼數(shù)據(jù)構(gòu)成的有效負(fù)載組成，增大編碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可提高數(shù)據(jù)有效負(fù)載率，進(jìn)而提高帶寬利用率。在段內(nèi)編碼中，所有級(jí)別的分段采用相同的分塊方式，即編碼塊數(shù)相同，各級(jí)別的 分段的編碼塊數(shù)相同，同一級(jí)別的分段中每塊數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度大小相同，因此，每一塊數(shù)據(jù)塊長(zhǎng) 度與分段長(zhǎng)度成正比。高級(jí)別節(jié)點(diǎn)在實(shí)施段內(nèi)編碼前，進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，包括如下步驟將該級(jí)的每段數(shù)據(jù)劃分為若干子段，其中，子段長(zhǎng)度為最低一級(jí)的分段長(zhǎng)度gl，然 后以子段為單位對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重組。如圖3所示，各子段按順序從橫向排列轉(zhuǎn)換為縱向排列，然后在分塊時(shí)以重組后 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊。結(jié)合圖3和圖5所示，二級(jí)分段S21劃分為兩個(gè)子段S11和S12，對(duì)上述子 段進(jìn)行重組；三級(jí)分段S41對(duì)子段Sn、S12, S13, S14進(jìn)行重組。重組后數(shù)據(jù)采用相同分塊數(shù)， 如此以來(lái)，每個(gè)子段的分塊方式與一級(jí)分段的分塊方式完全相同，在編碼數(shù)據(jù)請(qǐng)求中可以 復(fù)用。即由節(jié)點(diǎn)隨機(jī)生成編碼向量碗=anel + ai2e2 + ··· +,其中 ,為已有數(shù) 據(jù)塊的編碼向量。若為編碼數(shù)據(jù)塊，則€為該塊的編碼向量；若為原始數(shù)據(jù)塊，則《·為單位 向量。在此編碼向量下，新編碼數(shù)據(jù)塊Ei為已有數(shù)據(jù)塊Bil，Bi2，…，BiN的線性組合Ei =α ηΒη+α i2Bi2+…+ α iNBiN。在本實(shí)施例中，以二級(jí)分段實(shí)施段內(nèi)編碼為例， 即 其中，對(duì)二級(jí)分段數(shù)據(jù)也等分為N塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為2gl/N。S104:根據(jù)段內(nèi)編碼得到的編碼數(shù)據(jù)塊，各級(jí)節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同工作，低級(jí)別的節(jié)點(diǎn)向 同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并向請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。在上述分級(jí)分段和段內(nèi)編碼方式下，不同級(jí)別分段長(zhǎng)度的節(jié)點(diǎn)之間能夠協(xié)同工 作，低級(jí)別的節(jié)點(diǎn)可以向同級(jí)別或高級(jí)別的節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)根據(jù)請(qǐng)求 節(jié)點(diǎn)的分級(jí)參數(shù)和所請(qǐng)求的段號(hào)，定位到所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)的位置，針對(duì)定位到的內(nèi)容進(jìn)行隨 機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼，并傳輸該子段的編碼數(shù)據(jù)。然而，高級(jí)別的節(jié)點(diǎn)不能使用低級(jí)別節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編 碼數(shù)據(jù)，只能使用同級(jí)別或更高級(jí)別節(jié)點(diǎn)的編碼數(shù)據(jù)。具體的說(shuō)，結(jié)合圖6所示，低級(jí)別節(jié)點(diǎn)向同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求編碼數(shù)據(jù)塊包 括以下步驟，下面以節(jié)點(diǎn)A表示低級(jí)別節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)S表示同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)。Sl 節(jié)點(diǎn)A請(qǐng)求指定段的編碼數(shù)據(jù)塊，向節(jié)點(diǎn)S發(fā)送本節(jié)點(diǎn)的分級(jí)參數(shù)及指定段的 段號(hào)。在本實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)A為一級(jí)分段節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)S為二級(jí)分段節(jié)點(diǎn)，指定段的段號(hào)為S11.S2:節(jié)點(diǎn)A接收來(lái)自節(jié)點(diǎn)S發(fā)送的編碼向量，判斷本次編碼向量Cii和已接收的向 量α 是否線性相關(guān)，若線性相關(guān)，則丟棄該編碼向量，執(zhí)行步驟Sl ；否則執(zhí)行步驟S3 ；S3 節(jié)點(diǎn)S根據(jù)節(jié)點(diǎn)A的分級(jí)參數(shù)和所請(qǐng)求的段號(hào)，向節(jié)點(diǎn)A傳輸該子段的編碼數(shù) 據(jù)；S4 節(jié)點(diǎn)A判斷是否接收到能夠解碼的最少線性無(wú)關(guān)塊，若已接收到，則從解碼塊 中產(chǎn)生可以播放的流媒體數(shù)據(jù)；否則，判斷向被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)塊的次數(shù)，若超過(guò)了設(shè)定的請(qǐng)求次數(shù)閾值，則該段編碼塊請(qǐng)求結(jié)束；若未超過(guò)設(shè)定的請(qǐng)求次 數(shù)閾值，重新定位被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟Si，再次發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求。其中，在步驟S3中，被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)即節(jié)點(diǎn)S根據(jù)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)即節(jié)點(diǎn)A的分級(jí)參數(shù)和所 請(qǐng)求的段號(hào)，向請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)傳輸該子段的編碼數(shù)據(jù)，結(jié)合圖7所示，包括如下步驟S31 節(jié)點(diǎn)S接收節(jié)點(diǎn)A的分級(jí)參數(shù)及所請(qǐng)求的編碼數(shù)據(jù)塊的段號(hào)，根據(jù)請(qǐng)求參數(shù) 定位請(qǐng)求內(nèi)容在本節(jié)點(diǎn)上的段號(hào)和位置；S32:節(jié)點(diǎn)S隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)隨機(jī)數(shù)Ciil，α i2,…，α iN，并組成一個(gè)N維編碼向量
，并將該向量發(fā)送給節(jié)點(diǎn)A ；S33 節(jié)點(diǎn)S接收節(jié)點(diǎn)A的反饋信息，若節(jié)點(diǎn)A重新請(qǐng)求編碼向量，則執(zhí)行步驟S32 ； 若可用則執(zhí)行步驟S34 ；否則不做任何響應(yīng)，結(jié)束本次請(qǐng)求；S34 將定位的數(shù)據(jù)塊等分為N塊，N > 1，根據(jù)編碼向量和數(shù)據(jù)塊Bil，Bi2，…，BiN， 生成新的編碼數(shù)據(jù)塊Ei = α ηΒη+ α i2Bi2+…+ α iNBiN ；優(yōu)選的，節(jié)點(diǎn)S組合對(duì)應(yīng)位置的已有編碼數(shù)據(jù)塊，生成新的編碼數(shù)據(jù)塊。S35:節(jié)點(diǎn)S向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送編碼向量αi和數(shù)據(jù)塊Ei。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，結(jié)合圖4和圖5所示，二級(jí)分段節(jié)點(diǎn)定位編碼數(shù)據(jù) 段S11在數(shù)據(jù)塊E21中的位置，即編碼塊E21的上半部分。該二級(jí)分段節(jié)點(diǎn)生成新的編碼向量和編碼數(shù)據(jù)塊
并發(fā)送給請(qǐng)求的一級(jí)分段節(jié) 點(diǎn)。類似地，若一級(jí)分段節(jié)點(diǎn)向二級(jí)分段節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求編碼數(shù)據(jù)段S12，二級(jí)分段節(jié)點(diǎn)發(fā)送編碼 數(shù)據(jù)
給請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)。如此以來(lái)，低
級(jí)別節(jié)點(diǎn)可以任意使用高級(jí)別節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)據(jù)。若二級(jí)分段節(jié)點(diǎn)向二級(jí)分段節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求編碼數(shù)據(jù)段S21，服務(wù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送編碼數(shù)據(jù)
給請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼方法，采用分級(jí)分段方式，能 夠有效處理P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)差異等因素引起的不同分段長(zhǎng)度約束。該編碼方法以隨 機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼為基礎(chǔ)，可應(yīng)用于實(shí)際分布式的P2P流媒體系統(tǒng)中，具有較高的實(shí)用性。對(duì)不同 級(jí)別的節(jié)點(diǎn)傳送大小不同的編碼塊，解決了同等分段方式對(duì)大緩沖區(qū)節(jié)點(diǎn)的資源浪費(fèi)。低級(jí)別的節(jié)點(diǎn)可以向同級(jí)別或更高級(jí)別節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)塊，提高了解碼概率，支持 節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同工作。針對(duì)視頻數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠處理視頻最后分段的網(wǎng)絡(luò)編碼?？?之，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法充分利用不同節(jié)點(diǎn)提供的緩沖區(qū)等資源，并保持了網(wǎng)絡(luò)編碼 的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)提高編碼數(shù)據(jù)有效負(fù)載率可改善網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率和視頻播放質(zhì)量，并具有較 高的實(shí)用價(jià)值。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可 以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中， 該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以 是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模 塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如 果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī) 可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于，該方法包括如下步驟基于分段長(zhǎng)度約束對(duì)節(jié)點(diǎn)分級(jí)，所述分段長(zhǎng)度約束為每個(gè)節(jié)點(diǎn)所能采用的可行最大分段長(zhǎng)度，將所述節(jié)點(diǎn)分為L(zhǎng)級(jí)，各級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為k1，k2...kL，n＝k1+k2+...+kL，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)；根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)分級(jí)L，確定各級(jí)節(jié)點(diǎn)不同的分段長(zhǎng)度gi，i＝1，2，…，L；根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)分級(jí)L和各級(jí)的分段長(zhǎng)度gi，對(duì)段內(nèi)數(shù)據(jù)采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)段內(nèi)編碼；根據(jù)所述段內(nèi)編碼得到的編碼數(shù)據(jù)塊，各級(jí)節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同工作，低級(jí)別節(jié)點(diǎn)向同級(jí)或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，所述被請(qǐng)求的同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)接收所述數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并向請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于分段長(zhǎng)度約束對(duì)所有節(jié)點(diǎn)分級(jí)包括如 下步驟確定各節(jié)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度約束^ , j = 1,2,…，η ；將所述各節(jié)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度約束<按從小到大進(jìn)行排序，即 估計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)閾值入；根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)數(shù)閾值λ，將所述節(jié)點(diǎn)分為L(zhǎng)級(jí)，各級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為k1; k2. . . kL, η = ki+k2+. . . +&，確定每一級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和該級(jí)可使用的最大分段長(zhǎng)度g,max，其中，& > λ，
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定各級(jí)節(jié)點(diǎn)不同的分段長(zhǎng)度gi包括如下 步驟除一級(jí)以外的其他級(jí)別的分段長(zhǎng)度gi，i > 2為一級(jí)分段長(zhǎng)度為gl的整數(shù)倍，分段長(zhǎng)度 gl將視頻數(shù)據(jù)等分為m段，S卩S = mXgl，其中，S為視頻數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度，gl為一級(jí)分段長(zhǎng)度， 為第i+Ι級(jí)的分段長(zhǎng)度乘子，i = 1，2，…，L-1，高級(jí)分段的分段長(zhǎng)度gi，i > 2為次高級(jí)分段的分段長(zhǎng)度的整數(shù)倍，即 ,則最高級(jí)分段長(zhǎng)度為
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述最高級(jí)分段長(zhǎng)度&能夠整除視頻總數(shù) 據(jù)長(zhǎng)度S，同級(jí)別節(jié)點(diǎn)具有相同的分段長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，各級(jí)別的分段長(zhǎng)度為gi，i= 1,2...L, 則每一級(jí)的分段長(zhǎng)度小于或等于該分級(jí)中各節(jié)點(diǎn)最大分段長(zhǎng)度的最小值，即
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)段內(nèi)數(shù)據(jù)采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)段內(nèi)編 碼，包括如下步驟將各級(jí)分段的段數(shù)據(jù)等分為N塊，則每塊數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為gi/N ；由節(jié)點(diǎn)隨機(jī)生成編碼向量 ；則新編碼數(shù)據(jù)塊Ei為已有數(shù)據(jù)塊Bil，Bi2，…，BiN的線性組合Ei = α nBn+Qi2Bi2+-+ Q iNBiN。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對(duì)高級(jí)別分段的段內(nèi)數(shù)據(jù)采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編 碼實(shí)現(xiàn)段內(nèi)編碼前，進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，包括如下步驟將所述高級(jí)別分段的每段數(shù)據(jù)劃分為子段，所述子段長(zhǎng)度為一級(jí)分段長(zhǎng)度gl，然后以 子段為單位對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重組；對(duì)重組后的數(shù)據(jù)等分為N塊，則每塊數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為gi/N。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，各級(jí)別的分段的編碼塊數(shù)相同，同一級(jí)別的 分段中每塊數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度大小相等，所述每塊數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度與其所在級(jí)別的分段長(zhǎng)度成正比。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，各級(jí)別分段長(zhǎng)度的節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同工作包括 如下步驟51低級(jí)別節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求指定段的編碼數(shù)據(jù)塊，向同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)發(fā)送本節(jié)點(diǎn)的分級(jí) 參數(shù)及所述指定段的段號(hào)；52所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)接收所述同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)發(fā)送的編碼向量，判斷本次編碼向 量α 已接收的向量α"是否線性相關(guān)，若線性相關(guān)，則丟棄該編碼向量，執(zhí)行步驟Sl ； 否則執(zhí)行步驟S3 ；53所述同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)的分級(jí)參數(shù)和所請(qǐng)求的段號(hào)，向所 述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)傳輸該子段的編碼數(shù)據(jù)；S4:所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)判斷是否接收到能夠解碼的最少線性無(wú)關(guān)塊，若已接收到，則從解 碼塊中產(chǎn)生流媒體數(shù)據(jù)；否則，判斷向被請(qǐng)求的同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)塊的次數(shù)；若超過(guò)請(qǐng)求次數(shù)閾值，則該段編碼塊請(qǐng)求結(jié)束；若未超過(guò)請(qǐng)求次數(shù)閾值，重新定位高級(jí) 別節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟Si，再次發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述低級(jí) 別節(jié)點(diǎn)的分級(jí)參數(shù)和所請(qǐng)求的段號(hào)，向所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)傳輸該子段的編碼數(shù)據(jù)包括如下步 驟S31 所述同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)接收所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)的分級(jí)參數(shù)及所請(qǐng)求的編碼數(shù)據(jù) 塊的段號(hào)，根據(jù)請(qǐng)求參數(shù)定位請(qǐng)求內(nèi)容在本節(jié)點(diǎn)上的段號(hào)和位置；S32:所述同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)隨機(jī)數(shù)Ciil，Cii2，…，α ，并組成一個(gè)N 維編碼向量 ,并將該向量發(fā)送給所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)；S33 所述同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)接收所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)的反饋信息，若所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)重 新請(qǐng)求編碼向量，則執(zhí)行步驟S32 ；若可用則執(zhí)行步驟S34 ；否則不做任何響應(yīng)，結(jié)束本次請(qǐng) 求；S34通過(guò)以下兩種方式之一生成新的編碼數(shù)據(jù)塊1)將定位的數(shù)據(jù)塊等分為N塊，根據(jù)編碼向量和數(shù)據(jù)塊Bil，Bi2，…，BiN，生成新的編碼 數(shù)據(jù)塊 Ei = αi1Βi1+ αi2Bi2+…+ αiNBiN, Ν> 1 ；2)所述同級(jí)別或高級(jí)別被請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)組合對(duì)應(yīng)位置的已有編碼數(shù)據(jù)塊，生成新的編碼數(shù)據(jù)塊；S35所述同級(jí)別或高級(jí)別節(jié)點(diǎn)向所述低級(jí)別節(jié)點(diǎn)發(fā)送編碼向量αi和數(shù)據(jù)塊Ei。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)了一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)流媒體網(wǎng)絡(luò)編碼方法，該方法包括基于分段長(zhǎng)度約束對(duì)節(jié)點(diǎn)分級(jí)，分段長(zhǎng)度約束為每個(gè)節(jié)點(diǎn)所能采用的可行最大分段長(zhǎng)度，將節(jié)點(diǎn)分為L(zhǎng)級(jí)，各級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為k1，k2...kL，n＝k1+k2+...+kL，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)；根據(jù)節(jié)點(diǎn)分級(jí)L，確定各級(jí)節(jié)點(diǎn)不同的分段長(zhǎng)度gi，i＝1，2，…，L；根據(jù)節(jié)點(diǎn)分級(jí)L和各級(jí)的分段長(zhǎng)度gi，對(duì)段內(nèi)數(shù)據(jù)采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼實(shí)現(xiàn)段內(nèi)編碼；各級(jí)別分段長(zhǎng)度的節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同工作，高級(jí)別節(jié)點(diǎn)接收同級(jí)別或低級(jí)別節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并向該請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，充分利用了不同節(jié)點(diǎn)提供的緩沖區(qū)等資源，并保持了網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)提高編碼數(shù)據(jù)有效負(fù)載率可改善網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，并具有較高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H04L29/06GK101848224SQ201010186909
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者于敬敬, 奚宏生, 王子磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)