CN101860538B - 网络编码数据分段方法、视频传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络编码数据分段方法、视频传输方法及装置，该网络编码数据分段方法包括：确定目标网络编码数据；获取目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；依据码率平滑模型，参照目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；利用可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度；根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。本实施例公开的网络编码数据分段方法，可以对给定的网络编码分段长度参数做出判定或计算，得到满足资源约束和视频播放要求的综合条件下的最优分段长度，进一步的，通过最优分段长度实现了提高视频播放质量和带宽的有效负载率的目的。

Description

网络编码数据分段方法、视频传输方法及装置

技术领域

本发明涉及网络编码技术领域，尤其涉及网络编码数据分段方法、视频传输方法及装置。

背景技术

近年来，流媒体因其直观实时的用户体验，成为互联网上音视频服务的主要形式，而P2P(Peer to Peer，对等网络)内容分发技术通过用户间的数据共享和对等传输能够有效提高视频播放质量、网络吞吐量等系统性能，也成为一种有效的应用层协作传输技术。P2P内容分发技术的核心思想是，通过共享不同节点对同一内容的缓存，实现节点间的对等传输，从而避开带宽瓶颈链路、均衡网络负载、提高系统吞吐量。但是，P2P流媒体在极端条件下仍会导致视频播放中断、视频质量降低等问题，为了解决这一问题，现有技术中采用网络编码技术，从编码角度改善P2P系统性能。

网络编码通过中间节点的编码参与，高度混合了传输数据，使数据块承载了更多信息，使负载在网络中均衡分布，间接增加了节点有效缓存能力和数据共享水平，因此，能够改善P2P内容分发的负载均衡能力、鲁棒性等系统性能，进而提高系统实际吞吐量。

与可直接使用网络编码的P2P文件共享与下载不同，P2P流媒体分发具有严格的起始时延、连续性、视频质量等播放QoS(Quality of Service，服务质量)要求，网络编码方案和协作传输机制需要精心设计，其性能改善也更加重要，而且不同的仿真实验系统已经证明了网络编码对流媒体分发的性能改善效果和良好应用前景。

在实用化网络编码中，通常将流媒体内容划分为具有相同大小的数据段，再将数据段划分为若干块，仅在单段内进行网络编码。在网络编码分段方式上，除数据分段方式外，流媒体分发针对视频的帧播放特性还可采用时间分段方式，如以GoP(Group Of Picture，图像组)或秒为单位分段，该方式有利于视频播放要求的满足。

但视频VBR(Variable Bit Rate，变比特率)特性使数据段大小随机波动，不便于缓冲区管理和数据调度，而网络编码分段与节点缓冲区、带宽、起始时延等多种因素有关，并直接影响视频播放质量和带宽有效负载率。而且，无论是数据分段还是时间分段，现有技术只定性说明了网络编码分段长度的影响因素，并没有给出具体的定量计算分段长度的方法，所以难以得到受限资源下的精确参数设置。因此，如何在满足资源约束和视频播放要求的综合条件下，计算最优的分段长度，通过最优分段长度提高视频播放质量和带宽的有效负载率是网络编码应用急需解决的一个基本问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种网络编码数据分段方法及应用该方法的P2P对等网络流媒体分发系统中的视频传输方法及装置，实现了得到最优分段长度，通过最优分段长度获得最佳视频传输方案，提高视频播放质量的目的。

该方案具体为：

一种网络编码数据分段方法，包括：

确定目标网络编码数据；

获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，并获得可行最大分段长度；

根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

优选的，所述可行性判别模型为数据分段可行性判别模型或时间分段可行性判别模型。

优选的，所述网络编码分段长度参数为预设网络编码分段长度值。

优选的，按照以下步骤利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度：

参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定所述预设网络编码分段长度值的可行性；

当所述预设网络编码分段长度值为可行时，确定所述预设网络编码分段长度值为可行最大分段长度。

优选的，所述网络编码分段长度参数为预设网络编码分段长度范围[g^min，g^max]。

优选的，按照下述步骤利用所述可行性判别模型获得可行最大分段长度：

令预设网络编码分段长度值g＝(g^min+g^max)/2；

参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系确定g是否可行，若是，则将g赋值给g^min，若否，则将g赋值给g^max；

判断g^max-g^min是否足够小，若否，则返回执行g＝(g^min+g^max)/2的步骤，若是，则参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系确定g^min是否可行；

若是，则可行最大分段长度为g＝g^min，若否，则所述预设网络编码分段长度范围[g^min，g^max]内无可行解。

优选的，按照以下步骤，参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定预设网络编码分段长度值的可行性：

计算在所述预设网络编码分段长度值下的最小缓冲区需求

判断所述最小缓冲区需求

是否大于节点缓冲区大小

若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

判断B₁是否大于或B₂是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算d₁和d₂对应的时延范围

和

判断所述时延范围的交集是否为空，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则所述预设网络编码分段长度值可行。

优选的，按照以下步骤，参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定预设网络编码分段长度值的可行性：

计算在所述预设网络编码分段长度值下的最小缓冲区需求和对应的带宽需求r₀；

判断所述最小缓冲区需求

是否大于节点缓冲区大小

若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

判断B₁是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则所述预设网络编码分段长度值可行。

一种P2P对等网络流媒体分发系统中的视频传输方法，包括：

确定目标网络编码数据；

获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度，确定所述可行最大分段长度对应的时延范围；

根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段，得到分段后的数据；

依据所述时延范围确定目标视频传输方案，并依据所述目标视频传输方案传输所述分段后的数据。

优选的，按照以下步骤确定所述可行最大分段长度对应的时延范围：

计算所述网络编码分段长度参数中预设网络编码分段长度值的最小缓冲区需求

判断所述最小缓冲区需求

是否大于所述节点缓冲区大小若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

判断B₁是否大于

或B₂是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算d₁和d₂对应的时延范围

和

判断所述时延范围的交集

是否为空，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则所述预设网络编码分段长度值可行；

确定所述时延范围的交集为所述可行最大分段长度对应的时延范围。

优选的，按照以下步骤确定所述可行最大分段长度对应的时延范围：

计算所述网络编码分段长度参数中预设网络编码分段长度值的最小缓冲区需求

和对应的带宽需求r₀；

判断所述最小缓冲区需求

是否大于所述节点缓冲区大小

若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

判断B₁是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则所述预设网络编码分段长度值可行；

 判断B₂是否大于

若否，则结束，若是，则将

的值赋给B₂，并计算此时输出最大带宽

及其对应的时延

将

的值赋给r₂，

的值赋给d₂，计算可用带宽r₁对应的时延范围

确定所述可用带宽r₁对应的时延范围

为所述可行最大分段长度对应的时延范围。

一种网络编码数据分段装置，包括：

目标网络编码数据确定单元，用于确定目标网络编码数据；

参数获取单元，用于获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

模型建立单元，用于依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述目标网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

分段长度获取单元，用于利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度；

分段单元，用于根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

一种P2P对等网络流媒体分发系统中的视频传输装置，包括：

目标网络编码数据确定单元，用于确定目标网络编码数据；

参数获取单元，用于获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

模型建立单元，用于依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述目标网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

分段长度及时延获取单元，用于利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，得可行最大分段长度，确定所述目标网络编码分段长度参数对应的时延范围；

分段单元，用于根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段，得到分段后的数据；

视频传输单元，用于依据所述时延范围确定目标视频传输方案，并依据所述目标视频传输方案传输所述分段后的编码数据。

从上述的技术方案可以看出，本实施例公开的网络编码数据分段方法中，利用依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数的建立可行性判别模型，可以对给定的网络编码分段长度参数做出判定或计算，得到可行最大分段长度的精确值，即，在满足资源约束和视频播放要求的综合条件下的最优分段长度，而进一步的，通过最优分段长度实现提高视频播放质量和带宽的有效负载率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的网络编码方法的示意图；

图2为本发明公开的采用时间分段方式下的可行性判别模型示意图；

图3为本发明公开的采用数据分段方式下的可行性判别模型示意图；

图4为本发明实施例1公开的网络编码数据分段方法的流程图；

图5为本发明实施例2公开的网络编码数据分段方法的流程图；

图6为本发明实施例3公开的网络编码数据分段方法的流程图；

图7为本发明实施例4公开的Push模式下网络编码分段长度可行性判断流程图；

图8为本发明实施例5公开的Pull模式下网络编码分段长度可行性判断流程图；

图9为本发明实施例6公开的一种P2P流媒体分发系统中的视频传输方法流程图；

图10为本发明实施例7公开的获取可行最大分段长度对应的时延范围的流程图；

图11为本发明实施例7公开的又一获取可行最大分段长度对应的时延范围的流程图；

图12为本发明公开的一种网络编码分段装置的结构示意图；

图13为本发明公开的一种P2P流媒体分发系统中的视频传输装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开的网络编码数据分段方法用于网络编码方法中，网络编码方法的示意图如图1所示，将数据分为K段，段标识分别为S₁，S₂，S₃，S₄，…，S_K，分段方式可以是数据分段方式或者时间分段方式，而具体的分段长度可以是相等的，也可以是非相等。在数据分段后，对单段内数据进行随机网络编码，将单段内数据等分为N块，每个数据块长度为S_i/N，i＝1，2，…，K。然后节点随机生成编码向量

其中

为已有数据块的编码向量，若它为编码数据块，则

为该块的编码向量；若为原始数据块，则

为单位向量；α_i，j为第j个数据块对应的编码值。因而，在此编码向量

下，新编码数据块E_i为已有数据块B_i1，B_i2，…，B_iN的线性组合，E_i＝α_i1B_i1+α_i2B_i2+…+α_iNB_iN。编码数据包由编码向量和编码数据构成的有效负载组成，增大网络编码分段长度可提高编码数据的有效负载率，进而提高带宽利用率，因而，在实际P2P流媒体系统中，在满足系统资源约束和保障数据播放质量前提下，需尽量采用较大的网络编码分段长度。保障数据播放质量是指，数据内容以小于最大起始时延的起始时延开始播放后，画面连续不间断的播放，并在此过程中不发生客户端缓冲区上溢和下溢。

本发明所述的码率平滑模型的节点缓冲区大小为

允许的最大起始时延为d^t，针对给定的数据，设数据帧总数为I，每个数据帧大小为f_j，则在每个帧时刻，客户端需要播放的总数据量为以保障数据的连续播放，直到播放完全部数据

为止。因此，在数据传输过程中，到每个帧时刻传输的总数据量A_i必须不小于需求总数据量P_i，防止缓冲区发生下溢。另外，由于缓冲区大小有限，总传输数据量A_i也不能超过节点缓冲能力，以防止缓冲区上溢，即：从上述描述可以看出，码率平滑模型综合考虑了缓冲区大小和起始时延，在此模型下可以求解出给定视频的数据传输方案。特别地，在求解过程中可以要求传输码率(即需求带宽)满足给定约束条件，从而能够适用于网络编码分段长度的计算。

与上述码率平滑模型中采用帧粒度进行数据播放和数据传输不同，在网络编码数据分段中，数据播放需要及时解码出所在段的全部数据，数据传输则以编码块为单位，因此，在采用网络编码的流媒体数据传输中，将以数据段为粒度计算传输方案。可以看出，在采用的码率平滑模型中，网络编码分段主要对缓冲区下溢约束有影响，而其它部分保持一样。特别地，在网络编码下，缓冲区下溢约束由播放曲线P转换为缓冲区下溢曲线L，从而转换为网络编码长度的可行性判别模型。

在可行性判别模型的缓冲区约束下，编码数据的传输码率线A必须在缓冲区约束L和U之间。综上，以数据帧时刻t_i上的播放数据需求P_i为基础，在数据帧时刻t_i建立网络编码分段条件下的离散约束点，包括缓冲区上溢约束U_i、缓冲区下溢约束L_i和最大起始时延d^t。

本发明中的网络编码分段，既可以是时间分段方式，又可以是数据分段方式，但两种分段方式对码率平滑模型的变化方式不同，下面将分别进行说明，并重点说明缓冲区下溢曲线L的计算方式。而且，具体的分段方式也可以为等分分段或非等分分段，此处以等分方式为例。

图2为采用时间分段方式下的可行性判别模型示意图。在该时间分段方式下，每个分段的时间长度Δt长度相同，在给定帧率下，分段长度可表示为固定的帧数，特别地，如一个GoP长度(一般为12帧左右)或一秒(25帧或30帧)的数据。由于数据通常采用VBR(Variable Bit Rate)编码方式，该分段方式下每个分段的数据量将不同，节点在缓冲区管理和数据调度上需要考虑每个分段或编码数据块的大小。

在时间分段方式下，网络编码分段数据的时间点变为kΔt，其中第k个分段的时间范围为[(k-1)Δt，kΔt]，在该时间范围内需要播放的数据范围为[P((k-1)Δt)，P(kΔt)]。由于网络编码数据需要解码后才能播放，则在该段的起始时间点(k-1)Δt，必须完整收到该分段的全部数据，即数据量需要达到P(kΔt)，因此，在时间分段方式下，缓冲区下溢点为((k-1)Δt，L_k)，k＝1，2，3，…，K，其中L_k＝P(kΔt)为第k个分段对应的结束数据点，它是帧时刻kΔt对应的播放曲线点。L_k(k＝1，2，3，…，K)构成了编码分段的缓冲区下溢约束曲线L，而缓冲区上溢点U_i，i＝1，2，…，I不变，特别地，在分段帧时刻kΔt，缓冲区上溢约束

其中C为视频数据总大小。

图3为采用数据分段方式下的码率平滑模型示意图。设C为视频数据总大小，将视频数据长度等分为K段，每个分段的数据长度ΔL＝C/K相同。由于视频数据采用VBR编码，在该数据分段方式下，每个网络编码分段的起始播放时间并不是等间隔的。为保障视频播放过程中的连续性，每个编码数据段必须在其开始播放前能够解码，因此，数据分段下码率平滑模型的重点是计算每个分段的起始时间点t_k，此时，缓冲区下溢点为(t_k，kΔL)，k＝1，2，…，K。

根据定义，在第k个分段对应的起始时间点t_k时刻，播放曲线P一定大于上一分段累计播放的总数据量(k-1)ΔL，即t_k为图3中超过数据量(k-1)ΔL的最小帧时刻，t_k＝{min(i)|P_i＞(k-1)ΔL}。特别地，第一个分段的起始时间点为第一帧时刻t₁＝1，以保证节点在第一帧时刻能够完全接收第一段的网络编码数据，并开始播放。因此，在数据分段方式下，码率平滑模型的缓冲区下溢约束点为(t_k，kΔL)，k＝1，2，3，…，K，其中L_k＝kΔL构成了网络编码分段下的缓冲区下溢曲线L，而缓冲区上溢点U_i，i＝1，2，…，I保持不变。

本发明提供一种网络编码数据分段方法，以上述理论中码率平滑模型为基础，根据获取的目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数建立可行性判别模型，从而建立网络编码分段长度与节点资源约束之间的定量关系，利用此模型，得到可行最大网络编码分段长度。网络编码分段长度参数可以为时间分段长度参数也可以为数据分段长度参数，所以依据网络编码分段长度参数建立的可行性判别模型也就相应的具有时间分段长度可行性判别模型和数据分段长度可行性判别模型两种。

其中，所述的约束参数与网络编码分段长度间的关系为，针对给定视频，网络编码分段长度受节点缓冲区大小、动态带宽、最大起始时延等因素影响。固定其它约束条件情况下，节点缓冲区越大，可行最大分段长度越大，固定其它约束条件情况下，可行最大分段长度是所使用固定带宽的凸函数，即：在给定分段下，某个发送码率能够达到最小缓冲区需求；若增大或降低该码率，缓冲区需求将增大；固定其它约束条件情况下，最大起始时延越大，可行最大分段长度越大。

实施例一

本实施例公开的网络编码数据分段方法的流程如图4所示，包括：

步骤S41、确定目标网络编码数据；

确定当前需要播放的数据，该数据可以为视频数据，也可以为音频数据。

步骤S42、获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

获取节点缓冲区大小、动态带宽和最大起始时延等约束参数，获取当前给定的网络数据编码分段长度参数，该分段长度参数可以是时间分段长度参数也可以是数据分段长度参数，该分段长度参数可以是一个具体的分段长度数值，如Δt＝0.5s或者ΔL＝5KByte，也可以是一个分段长度范围，如Δt为[0.2s-0.7s]或者ΔL为[0-5KByte]。

步骤S43、依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

以码率平滑模型为基础，建立网络分段长度可行性判别模型，该模型中具有目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数的关系，由于现有技术中的分段方式可以为数据分段或时间分段，所以可行性判别模型同样分为数据分段可行性判别模型和时间分段可行性判别模型，具体的采用可行性判别模型的类型与步骤S42中获取的网络编码分段长度参数类型相同。

在可行性判别模型中，缓冲区下溢约束与网络编码分段长度有关，因此，在给定分段长度下，满足约束条件的数据传输方案可能存在，也有可能不存在。所以，要判别给定网络编码分段方案下是否存在可行的数据传输方案，即网络编码分段长度的可行性。可行性的判断过程对用于Push和Pull模式下有所不同。

步骤S44、利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度；

利用所述可行性判别模型中的定量关系做出网络编码分段长度的可行性判断，或者利用所述可行性判别模型计算给定范围内的网络编码分段长度中的可行最大分段长度；

步骤S45、利用所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

本实施例公开的网络编码数据分段方法中，利用依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数的建立可行性判别模型，可以对给定的网络编码分段长度参数做出判定或计算，得到可行最大分段长度的精确值，即，在满足资源约束和视频播放要求的综合条件下的最优分段长度，而进一步的，通过最优分段长度实现提高视频播放质量和带宽的有效负载率的目的。

实施例二

本实施例中网络编码分段长度参数为预设网络编码分段长度值g，则该方法的具体流程如图5所示，包括：

步骤S51、确定目标网络编码数据；

步骤S52、获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

获取约束参数和给定的预设网络编码分段长度值，可以是一个确定的时间值，也可以是一个确定的数据值。

步骤S53、依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

步骤S54、参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，判断所述预设网络编码分段长度值g的可行性，若可行，则执行步骤S55，若不可行，则结束；

步骤S55、确定所述预设网络编码分段长度值g为可行最大分段长度；

步骤S56、根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

当获取的网络编码分段长度参数为一个预先给定的具体数值时，需要判断该数值是否是可行的，如果可行则该数值为可行最大分段长度。利用该数值分段，即可获得约束参数下，满足播放质量的数据段。

实施例三

本实施例中网络编码分段长度参数为预设网络编码分段长度范围[g^min，g^max]，则该方法的具体的流程如图6所示，包括：

步骤S61、确定目标网络编码数据；

步骤S62、获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

获取约束参数和给定的预设网络编码分段长度值。

步骤S63、依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

步骤S64、令预设网络编码分段长度值g＝(g^min+g^max)/2；

由于给定的网络编码长度分段参数为一个范围，所以需要先求出该范围内的可行最大分段长度g，本实施例中采用二分法进行计算，所以首先将预设网络编码分段长度范围内的最大值和最小值间的中间值赋给g。

步骤S65、参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系确定g是否可行，若是，则执行步骤S66，若否，则执行步骤S67；

步骤S66、将g赋值给g^min；

步骤S67、将g赋值给g^max；

判断此时的g值是否可行，若可行，则需判断从g到g^max的范围内是否还有符合要求的值，所以将此值作为最小值，将g赋值给g^min，若不可行，说明此值大于可行最大分段长度，则需判断从g^min到g的范围内是否有符合要求的值，所以将此值作为最大值，即将g赋值给g^max。

步骤S68、判断g^max-g^min是否足够小，若否，则返回执行步骤S64，若是，则执行步骤S69；

判断当前的范围内数值是否只有一个值，足够小，即说明当前范围内只有一个数值，若不是足够小，说明当前范围内还有其他数值，需要继续进行判断。

步骤S69、参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系确定g^min是否可行，若是，则执行步骤S610，若否，则执行步骤S611。

步骤S610、可行最大分段长度为g＝g^min，执行步骤S612；

步骤S611、所述预设网络编码分段长度范围[g^min，g^max]内无可行解，结束；

步骤S612、根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

采用二分法对给定范围内的网络编码分段长度进行计算，查找到范围内的最大可行值。

本实施例并不限定采用二分法的方式求解查找可行网络编码范围内的最大分段长度，也可以采用线性查找法，但是，采用二分法的方式可以在一定程度上提高运算速度，缩短处理时间，提高处理效率。

实施例四

从上述两个实施例来看，分别公开了当网络编码分段长度参数为单个固定值和一个范围的两种情况下，该网络编码数据分段方法的具体实施例过程，虽然其通过可行性判别模型获得可行最大分段长度的过程有所不同，但是，在获得最大分段长度过程中，参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定所述预设网络编码分段长度值的可行性的过程并不受网络编码分段长度参数具体形式的影响。本实施例公开了应用于上述两个实施例中的，Push模式下的可行性判别过程，Push模式下，节点接入带宽的最低值和最高值都不能控制，带宽约束为一个范围

其判别流程如图7所示，包括：

步骤S71、计算所述预设网络编码分段长度值的最小缓冲区需求

步骤S72、判断所述最小缓冲区需求

是否大于节点缓冲区大小

若是，则执行步骤S77，若否，则顺序执行步骤S73；

步骤S73、分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

如果

则必有d₁＞d₂。

步骤S74、判断B₁是否大于

或B₂是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则执行步骤S77，若否，则顺序执行步骤S75；

步骤S75、分别计算d₁和d₂对应的时延范围

和

步骤S76、判断所述时延范围的交集

是否为空，若是，则执行步骤S77，若否，则执行步骤S78；

步骤S77、确定所述预设网络编码分段长度值不可行；

步骤S78、确定所述预设网络编码分段长度值可行。

本实施例参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系对预设网络编码分段长度值进行判断。本实施例并不限定此种判断方式，在不同的模式下，可以有不同的方式进行判定。

实施例五

本实施例以Pull模式为例，接入带宽的最低值

不可控制，但是，最高值

能够降低，对本发明公开的网络编码数据分段方法的流程如图8所示，包括：

步骤S81、计算所述预设网络编码分段长度值的最小缓冲区需求

和对应的带宽需求r₀；

步骤S82、判断所述最小缓冲区需求是否大于节点缓冲区大小若是，则执行步骤S85，若否，则顺序执行步骤S83；

步骤S83、分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

步骤S84、判断B₁是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则执行步骤S85，若否，则执行步骤S86；

步骤S85、确定所述预设网络编码分段长度值不可行；

步骤S86、确定所述预设网络编码分段长度值可行。

从上述实施例中Pull模式和本实施例中Push模式下的判别流程可以看出，可行性判别主要是在给定分段长度对应建立的网络编码分段模型下增加带宽范围约束，并保证即使在极端情况下，视频也能够连续播放。这两种判别方式，因其自身模式的不同而有所不同。

本发明还公开了一种应用所述网络编码数据分段方法的P2P流媒体分发系统中的视频传输方法，该方法以上述实施例中的网络编码数据分段方法为基础，利用获得的可行最大分段长度获得其对应的时延范围，根据时延范围，确定视频传输方案，提高了视频传输质量。其具体实施方式如下所示：

实施例六

本实施例公开的视频传输方法的流程如图9所示，包括：

步骤S91、确定目标网络编码数据；

步骤S92、获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；

步骤S93、依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；

步骤S94、利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度，确定所述目标网络编码分段长度参数对应的时延范围；

本步骤中除获取可行最大分段长度外，同时获取其对应的时延范围。

步骤S95、根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段，得到分段后的数据；

步骤S96、依据所述时延范围确定目标视频传输方案，并依据所述目标视频传输方案传输所述分段后的数据。

本方法中，依据所述时延范围确定目标视频传输方案，使数据内容以小于最大起始时延的起始时延开始播放后，画面连续不间断的播放，进而能够保障数据播放质量。而采用最大网络编码分段长度可以保证在极端情况下满足约束参数的要求，提高带宽利用率。

实施例七

由上述实施例可以看出，该视频传输方法以网络编码数据分段方法为基础，所以，期间涉及到的利用所述可行性判别模型获得可行最大分段长度的过程与网络编码数据分段方法中的过程大体相同，其不同之处仅在于，将获取可行最大分段长度对应的时延范围的过程，穿插在了参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定所述预设网络编码分段长度值的可行性的过程中，其具体实现方式同样也因其采用不同的模式而不同，下面针对不同的模式，对获取可行最大分段长度对应的时延范围的过程进行详细描述：

Push模式下，上述过程的具体步骤如图10所示，包括：

步骤S101、计算所述网络编码分段长度参数中的预设网络编码分段长度值的最小缓冲区需求

步骤S102、判断所述最小缓冲区需求

是否大于节点缓冲区大小

若是，则执行步骤S107，若否，则顺序执行步骤S103；

步骤S103、分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

如果

则必有d₁＞d₂。

步骤S104、判断B₁是否大于

或B₂是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则执行步骤S107，若否，则顺序执行步骤S105；

步骤S105、分别计算d₁和d₂对应的时延范围

和

步骤S106、判断所述时延范围的交集

是否为空，若是，则执行步骤S107，若否，则执行步骤S108；

步骤S107、确定所述预设网络编码分段长度值不可行；

步骤S108、确定所述预设网络编码分段长度值可行，确定目标视频的可行网络编码分段长度达到的时延范围为

Pull模式下，上述过程的具体步骤如图11所示，包括：

步骤S111、计算所述网络编码分段长度参数中的预设网络编码分段长度值的最小缓冲区需求

和对应的带宽需求r₀；

步骤S112、判断所述最小缓冲区需求

是否大于节点缓冲区大小

若是，则执行步骤S115，若否，则顺序执行步骤S113；

步骤S113、分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

步骤S114、判断B₁是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则执行步骤S115，若否，则执行步骤S118；

步骤S115、确定所述预设网络编码分段长度值不可行；

步骤S116、确定所述预设网络编码分段长度值可行，判断B₂是否大于

若是，则执行步骤S117，若否，则结束；

步骤S117、将的值赋给B₂，并计算此时输出最大带宽

及其对应的时延

步骤S118、将

的值赋给r₂，

的值赋给d₂，计算可用带宽r₁对应的时延范围

步骤S119、确定所述可用带宽r₁对应的时延范围为目标视频的可行网络编码分段长度达到的时延范围。

上述步骤中可以看到，可行性的判断过程与网络编码数据分段方法中相同，只是在判断过程中增加了获取时延范围相关数据的步骤，将获取的数据用于确定视频传输方案。

本发明同时公开了一种网络编码数据分段装置，其结构如图12所示，包括：网络编码数据确定单元121、参数获取单元122、模型建立单元123、分段长度获取单元124和分段单元125，其中：

目标网络编码数据确定单元121用于确定目标网络编码数据；参数获取单元122用于获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；模型建立单元123用于依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述目标网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；分段长度获取单元124用于利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度；分段单元125用于根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

本发明同时公开了一种P2P流媒体分发系统中的视频传输装置，其结构如图13所示，包括：网络编码数据确定单元131、参数获取单元132、模型建立单元133、分段长度及时延获取单元134、分段单元135和视频传输单元136，其中：

目标网络编码数据确定单元131用于确定目标网络编码数据；参数获取单元132于获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数；模型建立单元133用于依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述目标网络编码分段长度参数建立可行性判别模型；分段长度及时延获取单元134用于利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度，确定所述目标网络编码分段长度参数对应的时延范围；分段单元135用于根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段，得到分段后的数据；视频传输单元136用于依据所述时延范围确定目标视频传输方案，并依据所述目标视频传输方案传输所述分段后的编码数据。

所示本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种网络编码数据分段方法，其特征在于，包括：

确定目标网络编码数据；

获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数，所述约束参数至少包括：节点缓冲区大小、动态带宽和最大起始时延；

依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型，所述可行性判别模型为数据分段可行性判别模型或时间分段可行性判别模型；

利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，并获得可行最大分段长度；

根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络编码分段长度参数为预设网络编码分段长度值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照以下步骤利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度：

参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定所述预设网络编码分段长度值的可行性；

当所述预设网络编码分段长度值为可行时，确定所述预设网络编码分段长度值为可行最大分段长度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络编码分段长度参数为预设网络编码分段长度范围[g^min，g^max]。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，按照下述步骤利用所述可行性判别模型获得可行最大分段长度：

令预设网络编码分段长度值g＝(g^min+g^max)/2；

参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系确定g是否可行，若是，则将g赋值给g^min，若否，则将g赋值给g^max；

判断g^max-g^min是否足够小，若否，则返回执行g＝(g^min+g^max)/2的步骤，若是，则参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系确定g^min是否可行；

若是，则可行最大分段长度为g＝g^min，若否，则所述预设网络编码分段长度范围[g^min，g^max]内无可行解。

6.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，按照以下步骤，参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定预设网络编码分段长度值的可行性：

计算在所述预设网络编码分段长度值下的最小缓冲区需求

判断所述最小缓冲区需求是否大于节点缓冲区大小

若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算动态带宽约束范围内的最小值和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

判断B₁是否大于

或B₂是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算d₁和d₂对应的时延范围 $[d_1,d_1+(B_n^t-B_1)/r_n^{\min }]$ 和 $[d_2,d_2+(B_n^t-B_2)/r_n^{\max }];$

判断所述时延范围的交集是否为空，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则所述预设网络编码分段长度值可行。

7.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，按照以下步骤，参考所述可行性判别模型中约束参数与网络编码分段长度的定量关系，确定预设网络编码分段长度值的可行性：

计算在所述预设网络编码分段长度值下的最小缓冲区需求

和对应的带宽需求r₀；

判断所述最小缓冲区需求

是否大于节点缓冲区大小

若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

判断B₁是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则所述预设网络编码分段长度值可行。

8.一种P2P对等网络流媒体分发系统中的视频传输方法，其特征在于，包括：

确定目标网络编码数据；

获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数，所述约束参数至少包括：节点缓冲区大小、动态带宽和最大起始时延；

依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述网络编码分段长度参数建立可行性判别模型，所述可行性判别模型为数据分段可行性判别模型或时间分段可行性判别模型；

利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度，确定所述可行最大分段长度对应的时延范围；

根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段，得到分段后的数据；

依据所述时延范围确定目标视频传输方案，并依据所述目标视频传输方案传输所述分段后的数据。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，按照以下步骤确定所述可行最大分段长度对应的时延范围：

计算所述网络编码分段长度参数中预设网络编码分段长度值的最小缓冲区需求

判断所述最小缓冲区需求

是否大于所述节点缓冲区大小若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算动态带宽约束范围内的最小值

和最大值

对应的缓冲区需求B₁和B₂以及达到的时延d₁和d₂；

判断B₁是否大于

或B₂是否大于

或d₁是否大于允许的最大起始时延d^t，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则分别计算d₁和d₂对应的时延范围 $[d_1,d_1+(B_n^t-B_1)/r_n^{\min }]$ 和 $[d_2,d_2+(B_n^t-B_2)/r_n^{\max }];$

判断所述时延范围的交集

是否为空，若是，则所述预设网络编码分段长度值不可行，若否，则所述预设网络编码分段长度值可行；

确定所述时延范围的交集为所述可行最大分段长度对应的时延范围。

10.一种网络编码数据分段装置，其特征在于，包括：

目标网络编码数据确定单元，用于确定目标网络编码数据；

参数获取单元，用于获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数，所述约束参数至少包括：节点缓冲区大小、动态带宽和最大起始时延；

模型建立单元，用于依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述目标网络编码分段长度参数建立可行性判别模型，所述可行性判别模型为数据分段可行性判别模型或时间分段可行性判别模型；

分段长度获取单元，用于利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，获得可行最大分段长度；

分段单元，用于根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段。

11.一种P2P对等网络流媒体分发系统中的视频传输装置，其特征在于，包括：

目标网络编码数据确定单元，用于确定目标网络编码数据；

参数获取单元，用于获取所述目标网络编码数据中的约束参数和网络编码分段长度参数，所述约束参数至少包括：节点缓冲区大小、动态带宽和最大起始时延；

模型建立单元，用于依据码率平滑模型，参照所述目标网络编码数据中的约束参数和所述目标网络编码分段长度参数建立可行性判别模型，所述可行性判别模型为数据分段可行性判别模型或时间分段可行性判别模型；

分段长度及时延获取单元，用于利用所述可行性判别模型判别所述网络编码分段长度参数的可行性，得可行最大分段长度，确定所述目标网络编码分段长度参数对应的时延范围；

分段单元，用于根据所述可行最大分段长度对网络编码数据进行分段，得到分段后的数据；

视频传输单元，用于依据所述时延范围确定目标视频传输方案，并依据所述目标视频传输方案传输所述分段后的编码数据。

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