CN101212678A

CN101212678A - 基于p2p网络的视频通信方法

Info

Publication number: CN101212678A
Application number: CN 200610171668
Authority: CN
Inventors: 李栋
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2006-12-31
Filing date: 2006-12-31
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2026-12-31
Also published as: CN100584017C

Abstract

公开了一种在包括多个通信终端的P2P网络中进行视频通信的方法，包括：在每个通信终端对视频数据进行分层编码，形成已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流；分别通过可信信道和不可信信道发送通信终端已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流，其中通信终端确定可信信道，P2P网络动态确定不可信信道；以及所有终端可以仅针对其他终端已编码的基本层数据流进行解码。利用本发明的通信方法，能够在能够在保证多方视频通信安全性的同时，充分利用P2P网络的整体传输能力。

Description

基于P2P网络的视频通信方法

技术领域

本发明涉及多方视频通信的实现方案，具体涉及一种基于P2P网络的视频通信方法，能够在保证安全性的同时，充分利用P2P网络的整体传输能力。

背景技术

在现有网络条件下，进行多方视频通讯的一个主要瓶颈是网络带宽，而P2P网络架构有效解决了带宽不足带来的影响。但由于在P2P网络中的任何节点，包括不参加视频通信的节点，都有可能获得视频内容，所以采用P2P架构来实现视频通信面临的一个主要问题是视频内容的安全性问题，也就是说视频通信的内容很容易为未参加视频通信的第三方获得。

另外，在P2P网络中，考虑到终端，特别是手持设备类终端的计算能力普遍较弱，往往不能采用完全数据加密的方法来保护视频内容。并且，随着参与视频通信的节点数目的增大，即便是台式机或者笔记本也很难应付加/解密视频通信的实时性要求。

因此，需要开发一种新的技术来提高P2P网络下实时视频通信的安全性问题，并且能够充分利用P2P网络的传输能力。

在本发明中，首先定义P2P网络中进行视频通信的多节点之间的通信信道是可信信道，而除它们之外的节点之间的信道是不可信信道。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种基于P2P网络的视频通信方法，能够在能够在保证P2P视频通信的安全性的同时，充分利用P2P网络的整体传输能力。

在本发明的一个方面，提出了一种在包括多个通信终端的P2P网络中进行视频通信的方法，包括：在每个通信终端对视频数据进行分层编码，形成已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流；分别通过可信信道和不可信信道发送每个通信终端已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流；通讯终端确定可信信道，P2P网络动态确定不可信信道；以及可以仅针对其他终端已编码的基本层数据流进行解码。

优选地，针对已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流进行解码。

优选地，该方法还包括步骤：丢弃在预定长度的生存时间之后接收的增强层数据流。

优选地，该方法还包括步骤：参与通信的各个通信终端计算其上行带宽和当前的视频码率；在上行带宽所支持的码率小于当前的视频码率的情况下，减小基本层数据流的码率，而在上行带宽所支持的码率大于当前的视频码率的情况下，增加基本层数据流的码率。

优选地，该方法可以通过降低基本层码流大小，尽可能多的增加通讯终端。

优选地，对已编码的基本层数据流的解码独立于已编码的增强层数据流。

优选地，所述可信信道是参与通信的通信终端之间的直接信道，而所述不可信信道是P2P网络中间隔了未参与通信的通信终端的间接信道。

优选地，所述间接信道是由P2P网络确定的。

利用本发明的方法，根据视频编码流特点，在P2P网络中的可信信道中传递主要视频数据，而在不可信信道中传递附加视频数据，从而有效地保证了关键数据的安全性，同时充分利用了P2P网络的整体网络传输能力。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中：

图1示出了根据本发明一个实施例的P2P网络结构和数据流的示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的基于P2P网络的视频通信方法的流程图；

图3示出了根据本发明的一个实施例新的通信方要加入的情况下通信各方所执行的操作的流程图；以及

图4示出了根据本发明的一个实施例通信各方进行解码操作的流程图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，否则它们将使本发明的主题不清楚。

根据本发明的实施例，在P2P网络的视频通信中，采用先进分层编码算法，如MPEG4的精细可分级视频编码(FGS)，将原始视频流压缩成两个子流，即基本层数据流和增强层数据流。基本层数据流提供了较粗糙的视频质量，增强层数据流做为补充提供更优的视频质量。另外，基本层数据流与增强层数据流所占视频流比例可动态变化，也就是可以基于实时的通信带宽来确定基本层数据流和增强层数据流各自占总的视频数据流的比例。根据FGS，基本层数据流为关键数据流，它决定了增强层数据流中所包含的数据的解码，如基本层数据流丢失，则无法恢复原始视频。但是，增强层数据流不影响基本层数据流中包含的数据的解码，如增强层数据流丢失，则只影响视频质量，而不影响基本层数据流的解码。

图1示出了根据本发明一个实施例的P2P网络结构和数据流的示意图。如图1，在一次多方通信过程中，作为通信各节点的A、B和C之间(可信信道)只进行基本层数据流的传递。这样做带来的优点是可以通过预定的码率控制算法(后面详细描述)来有效降低基本层数据流大小，从而尽可能增加视频通信节点。增强层数据流则主要通过P2P网络中与作为非通信节点的其他终端之间的信道(非可信信道)进行传递。该过程的一个关键步骤是P2P网络中的其他非通信节点负责传输通信节点(如A)的增强层数据流给其他通信节点。最后其他通信节点(如B、C)在整个P2P网络中按一定的路由接收其他节点(如A)的增强层数据流。

因此，如果一个节点的解码器不能接收到增强层数据流而导致不能得到某帧的增强层信息，并不影响解码器对其它各帧的正常解码。而如果一个节点没有获得基本层数据流，剩下的其他数据流将毫无用处。所以，根据本发明的通信方法能够有效保证的一些数据，特别是基本层数据的安全性，从而使得网络中不参加通信的节点不能获得有关通信的内容。

图2示出了根据本发明一个实施例的基于P2P网络的视频通信方法的流程图。

在三个通信终端A、B和C中只有两个通信终端A和B进行视频通信的情况下，通信终端A向通信终端B发送通信请求(S201)，同时确定通信过程的主控端，例如通信终端A，负责通信节点的维护。通信终端A和通信终端B均根据视频通信需求，预先确定确定最小可接受码率T_r，该码率为最差可接受视频质量下的码率，同时通信终端A和通信终端B互测实际上行带宽(S202)。例如通信终端A的上行带宽是BW_A，而通信终端B的上行带宽是BW_B。然后，判断上行带宽是否小于最小码率所对应的带宽(S203)。

如果通信终端A的上行带宽BW_A和通信终端B的上行带宽BW_B中的任意一所支持的码率小于最小可接受码率T_r所对应的带宽(S203：是)，则停止通信(S207)。

如果通信终端A的上行带宽BW_A和通信终端B的上行带宽BW_B所支持的码率均大于T_r所对应的带宽(S203：否)，则通信终端A和B开始分层编码以进行视频通信(S204)。

这里，通信终端A和B之间互相发送已编码的基本层数据流，每个终端要发送N-1个已编码的基本层数据流分别给参与通信的其它终端，以保证基本的视频通信能力。在一定的TTL(生存时间)内，例如5秒内，已编码的增强层码流通过P2P网络传送至各个通信终端。

在视频通信过程中，各个通信终端A和B动态计算上行带宽与视频码率大小，并且判断上行带宽所支持的码率是否小于当前的视频码率(S205)。如上行带宽所支持的码率小于当前的视频码率(S205：是)，则动态减小基本层码流。反之(S205：否)，则增加基本层码率(S208)，直至全部视频码流均为基本层编码。

根据本发明的实施例，参加视频通信的多个终端根据网络带宽与通信的终端个数动态调整编码方式，分别控制视频的基本层码率与增强层码率，其编码码率控制算法要保证其总的码流大小S要小于该终端上行带宽所支持的码率，即

S＝(n-1)*S_b+S_e (1)

其中S为总码率，S_b为基本层码率，S_e为增强层码率，而n为通信终端个数。

另外，为了在带宽允许的条件下改善通信终端之间的通信质量，每个通信终端A和B在保证给各个通信终端发送基本层编码的同时，要发送增强层编码给P2P网络中其他非通信节点，以通过这些节点将增强层编码发送给正在进行视频通信的通信方。

图3示出了根据本发明的一个实施例新的通信方要加入的情况下通信各方所执行的操作的流程图。

在通信终端A和B进行视频通信的过程中，新的通信方C要求加入。在这种情况下，通信终端C向通信主控端(例如通信终端A)发送通信请求(S301)。然后，通信终端C测试其实际上行带宽BW_C(S302)。

接下来，通信终端C判断该上行带宽BW_C所支持的码率是否小于最小可接受码率T_r(S303)，如是(S303：是)，则停止视频通信(S304)。

但是，如果通信终端C的实际上行带宽BW_C所支持的码率大于T_r(S303：否)，则作为主控端的通信终端A通知其他现有通信端B，加入新的通信终端C，并且各个现有通信终端A和B与通信终端C互相确定增强层码流的路由，每个通信终端均保存与其他N-1个通信终端的路由(S305)。根据本发明的实施例，该路由计算过程由P2P网络确定。

然后，各个通信终端A、B和C分别进行各自的分层编码，将要通信的视频数据按照FGS编码成基本层数据流和增强层数据流(S306)。如上所述，已编码的基本层数据流通过可信信道发送给P2P网络中的对应各方(S307)，而已编码的增强层数据流通过P2P网络所选择的路由进行发送(S308)。

在通信过程中，各个通信终端动态计算各自的上行带宽与当前的视频码流大小，并且判断各自的上行带宽所支持的码率与当前的视频通信的码率之间的关系(S309)。如上行带宽所支持的码率小于当前的视频通信的码率(S309：是)，则逐渐减少基本层码率(S311)。否则，如上行带宽所支持的码率小于当前的视频通信的码率(S309：否)，则逐渐减少基本层码率(S310)。

如某一终端的上行带宽所支持的码率小于T_r，则该终端停止发送视频流，如在一定时间内(如30s)无法保证上行带宽所支持的码率大于T_r，则停止该终端的此次视频通信，并且由主控终端通知其它的通信终端。

所有通信终端A、B和C，如果在TTL内无法收到某一其他终端的增强层码流，则直接解码基本层码流。根据本发明的实施例TTL(生存时间)根据通信过程中的时延及其他性能要求来确定，典型值可以取为5s。即，各通信终端在P2P网络在一定时间内如成功获得其他通信终端的增强层码流，则解码，否则放弃该段增强层码流。

在视频通信过程中，各通信终端A、B和C之间可动态对路由进行优化和选择(S312)，如上所述，具体选择过程由P2P网络确定。

因此，对最终可容纳的通信终端的数目限制取决于每个通信终端的下行带宽，即保证每个通信终端至少可以接受所有其他通信终端的基本层码流。

图4示出了根据本发明的一个实施例通信各方进行解码操作的流程图。如图4所示，在各个通信终端的解码过程中，每个通信终端要开辟N-1个数据缓冲区(buffer)(S401)，以缓冲来自其它的N-1个通信终端的视频数据。在通信过程中，每个通信终端要保存相应的与其他通信终端的增强层数据路由信息(S402)，如上所述，该增强层数据路由信息由P2P网络实时确定与修改。各个通信终端接收其他N-1个通信终端的基本层码流，在相应的数据缓冲区中缓存(S403)。在收到基本层码流后，通信终端判断在TTL内是否获得了与该基本层码流相关联的增强层码流(S404)。如果在TTL内没有得到相应的增强层码流(S404：否)，则直接对所缓存的基本层码流进行解码，以得到降低了质量的视频(S406)。另外，即便在TTL之后获得该增强层码流，也直接将其丢弃。

但是，如果在TTL内(根据实际需求定义，可以定为5s)接收到相应的增强层码流(S404：是)，则通信终端对基本层数据和增强层数据一起进行解码，从而恢复得到原始视频(S405)。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种在包括多个通信终端的P2P网络中进行视频通信的方法，包括：

在每个通信终端对视频数据进行分层编码，形成已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流；

分别通过可信信道和不可信信道发送每个通讯终端已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流，其中通讯终端确定可信信道，P2P网络动态确定不可信信道；以及

可以仅针对其他终端已编码的基本层数据流进行解码。

2.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于，针对已编码的基本层数据流和已编码的增强层数据流进行解码。

3.如权利要求1所述的通信方法，还包括步骤：丢弃在预定长度的生存时间之后接收的增强层数据流。

4.如权利要求1所述的通信方法，还包括步骤：

参与通信的各个通信终端计算其上行带宽和当前的视频码率；

在上行带宽所支持的码率小于当前的视频码率的情况下，减小基本层数据流的码率，而在上行带宽所支持的码率大于当前的视频码率的情况下，增加基本层数据流的码率。

5.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于，对已编码的基本层数据流的解码独立于已编码的增强层数据流。

6.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述可信信道是参与通信的通信终端之间的直接信道，而所述不可信信道是P2P网路中间隔了未参与通信的通信终端的间接信道。

7.如权利要求6所述的通信方法，其特征在于，所述间接信道是由P2P网络确定的。