CN103763633B - 基于OpenFlow的3D视频传输方法 - Google Patents
基于OpenFlow的3D视频传输方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于OpenFlow的3D视频传输方法,所述方法包括:OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息;所述OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息,根据所述网络基础架构层的路径信息、网络物理层的误比特率信息、所述纹理视频的第一码率信息、所述深度的第二码率信息利用3D服务体验质量评价公式进行处理,从而选择传输路径;所述OpenFlow控制器利用所述传输路径,对匹配的数据层中的所述纹理视频的数据流和所述深度的数据流按所述传输路径进行分配和按所述传输路径定义的路由信息进行转发。本发明采用OpenFlow协议优化了3D视频传输的3D服务体验质量。
Description
技术领域
本发明涉及视频技术,特别涉及一种基于OpenFlow的3D视频传输方法。
背景技术
随着3D显示技术和3D视频处理技术的快速发展,3D视频以3DTV的形式逐步进入家庭。目前有多种方式传输3D视频,其中基于互联网的3D视频传输是一种非常经济,可以提供类似3D点播服务的传输方式。但是,由于3D视频的巨大数据量,导致3D视频在带宽有限的互联网络上的传输面临较大的挑战。
尽管网络的传输能力不断提升,可以支持3D视频传输,但是,现有的3D视频分发忽略了3D视频内容本身的特性,进而影响了3D视频分发的性能和用户终端的服务体验质量。随着软件定义网络的发展,一些网元节点可以从应用层可控和操作。因此,软件定义网络为视频业务通信提供了一种可以从全局角度进行跨层优化的方式。目前,OpenFlow协议作为软件定义网络的转发控制协议已经得到了广泛应用,例如可伸缩视频传输、网络服务迁移和网络传输优化等。这些应用使得相应服务的性能得到了很大提升,但是,这些应用都忽略了OpenFlow控制转发给视频传输带来的用户体验质量问题,也就是在优化过程中忽略了数据流管控过程中用户体验质量的评价问题。
用户体验质量是一个以用户为核心的复杂的涉及多维度因素的概念,特别是从3D服务体验质量涉及到3D的深度感知体验,涉及很多影响因素。3D服务体验质量非常难以用自动执行的模型进行刻画,但是针对一些特定的应用,可以只考虑一些关键因素,而固定另外一些因素,对3D服务体验质量进行精确刻画。OpenFlow协议控制视频流的转发,改变了视频流的拥塞和丢包情况,对用户的服务体验质量影响很大。但是,如何刻画这种影响,利用3D服务体验质量公式控制、管理3D视频数据流和优化3D视频传输是一个还未解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决利用3D服务体验质量评价公式控制和管理3D视频数据流并优化3D视频传输的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于OpenFlow的3D视频传输方法,其特征在于,所述方法包括:
OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取所述应用层的纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息;
所述OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息,根据所述网络基础架构层的路径信息、网络物理层的误比特率信息、所述纹理视频的第一码率信息、所述深度的第二码率信息利用3D服务体验质量评价公式进行处理,从而得到传输路径信息并选择传输路径;
所述OpenFlow控制器利用所述传输路径,对匹配的数据层中的所述纹理视频的数据流和所述深度的数据流按所述传输路径进行分配和按所述传输路径定义的路由信息进行转发。
进一步地,所述OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取所述应用层的纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息包括:应用层对所述纹理视频进行编码得到多个数据层码流的第一码率信息,并且对所述深度进行编码得到多个数据层码流的第二码率信息。
进一步地,所述方法还包括:
根据预定的丢包率,构建损伤纹理视频码流和损伤深度码流;
对所述损伤纹理视频码流和所述损伤深度码流进行解码和差错隐藏,获取纹理视频失真和深度失真;
根据所述纹理视频失真和深度失真确定所述3D服务体验质量评价公式。
进一步地,所述根据所述网络基础架构层的路径信息、网络物理层的误比特率信息、所述纹理视频的第一码率信息、所述深度的第二码率信息利用3D服务体验质量评价公式进行处理,从而得到传输路径信息并选择传输路径包括:
根据所述网络基础架构层的路径信息选择所述纹理视频和深度的传输码率和数据层信息。
进一步地,所述方法还包括:
将所述纹理视频和所述深度的每个所述数据层的数据流分配到所述网络基础架构层的每条路径上,计算所述每条路径的误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率;
根据所述误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率获取总的丢包率;
根据所述总的丢包率获取纹理视频丢包率和深度丢包率;
根据所述纹理视频失真、深度失真、纹理视频丢包率和深度丢包率获取所述3D服务体验质量评价公式参数数值;
根据所述3D服务体验质量评价公式参数数值确定所述传输路径。
进一步地,所述方法还包括:在客户接收端,所述纹理视频的数据流和所述深度的数据流汇聚后进行解码,并进行虚拟视点视频绘制和3D视频播放。
进一步地,所述应用层对所述纹理视频进行编码得到多个数据层码流的第一码率信息,并且对所述深度进行编码得到多个数据层码流的第二码率信息包括:所述应用层是利用可伸缩视频编码方法对纹理视频和深度进行编码。
进一步地,所述OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息包括:所述OpenFlow控制器是利用网络探测工具获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息。
进一步地,所述网络基础架构层的路径信息包括:可用带宽信息、丢包信息和延迟信息。
本发明的优点为:
(1)利用可伸缩视频编码方法分别编码3D视频的深度和纹理视频,提供一种多层次质量适配传输带宽的方式。
(2)基于OpenFlow协议动态的控制和转发3D视频的多个码流,可以减缓传输拥塞状况,提高带宽的有效利用。
(3)通过将应用层纹理视频和深度的码率分配与多路径传输控制结合,通过估计纹理视频和深度的失真刻画3D服务体验质量,利用3D服务体验质量评价公式指导传输路径选择并进行传输,可以最大化用户的3D服务体验质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于OpenFlow的3D视频传输方法流程图;
图2为本发明实施例提供的基于OpenFlow的3D视频传输方法应用场景示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例提供的基于OpenFlow的3D视频传输方法流程图。如图1所示,该方法包括以下步骤:
步骤101,OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取应用层的纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息;
进一步地,OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取应用层的纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息包括:应用层对纹理视频进行编码得到多个数据层码流的第一码率信息,并且对深度进行编码得到多个数据层码流的第二码率信息。
进一步地,所述方法还包括:根据预定的丢包率,构建纹理视频和深度的损伤码流;对纹理视频和深度的损伤码流进行解码和差错隐藏,获取纹理视频失真和深度失真;根据纹理视频失真和深度失真确定3D服务体验质量评价公式。
进一步地,应用层对所述纹理视频进行编码得到多个数据层码流的第一码率信息,并且对深度进行编码得到多个数据层码流的第二码率信息包括:应用层是利用可伸缩视频编码方法对纹理视频和深度进行编码。
步骤102,OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息,根据网络基础架构层的路径信息、网络物理层的误比特率信息、纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息利用3D服务体验质量评价公式进行处理,从而得到传输路径信息并选择3D服务体验质量最优的传输路径。
进一步地,根据所述网络基础架构层的路径信息、网络物理层的误比特率信息、所述纹理视频的第一码率信息、所述深度的第二码率信息利用3D服务体验质量评价公式进行处理,从而得到传输路径信息并选择3D服务体验质量最优的传输路径包括:
根据网络基础架构层的路径信息选择与路径带宽匹配的纹理视频和深度的传输码率和码流数据层信息。
进一步地,所述方法还包括:
将纹理视频和深度的每个数据层的数据流分配到网络基础架构层的每条路径上,计算每条路径的误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率;根据误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率获取总的丢包率;根据总的丢包率获取纹理视频丢包率和深度丢包率;根据纹理视频失真、深度失真、纹理视频丢包率和深度丢包率获取3D服务体验质量评价公式参数数值;根据3D服务体验质量评价公式参数数值确定3D服务体验质量最优的传输路径。
进一步地,OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息包括:OpenFlow控制器是利用网络探测工具获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息。
进一步地,网络基础架构层的路径信息包括:可用带宽信息、丢包信息和延迟信息。
步骤103,OpenFlow控制器利用3D服务体验质量最优的传输路径,对匹配的码流数据中的纹理视频的数据流和深度的数据流按3D服务体验质量最优的传输路径进行分配和按该传输路径定义的路由信息进行转发。
进一步地,所述方法还包括:在客户接收端,纹理视频的数据流和深度的数据流汇聚后进行解码,并进行虚拟视点视频绘制和3D视频播放。
图2为本发明实施例提供的基于OpenFlow的3D视频传输方法应用场景示意图。如图2所示,该方法包括以下步骤:
在应用层利用可伸缩视频编码方法对纹理视频和深度进行编码,从而获取所述纹理视频的多个数据层码流的码率信息和所述深度的多个数据层码流的码率信息;根据不同的总码率限制,选择不同的深度传输码率和纹理视频传输码率;根据不同的丢包率设置,构建不同总码率下的不同丢包率下的纹理视频和深度的损伤码流;对纹理视频和深度的损伤码流进行解码和差错隐藏,获取不同总码率下不同丢包下的纹理视频失真和深度失真;根据纹理视频失真和深度失真构建3D服务体验质量评价公式。
进一步地,深度传输码率与纹理视频传输码率之和为总码率,所选择的深度传输码率与纹理视频传输码率要小于总码率。
进一步地,通过公式(1)构建3D服务体验质量评价公式:
其中,Qo3DE表示3D服务体验质量,ρv和ρd分别是纹理视频和深度在选择被传输的所有层的平均丢包率。Dv(ρv)和Dd(ρd)是纹理视频和深度的失真,其可以根据解码并差错隐藏后计算得到,其可以通过峰值信噪比(PSNR)进行刻画。a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2和c3分别是模型参数。
通过15位以上观看对象对不同的损伤视频进行观看,然后给出体验质量打分,打分从1分-5分(1分表示体验质量差,5分表示体验质量好),其评价过程符合ITU-R BT.500-11标准,得到的MOS可以通过公式(2)映射得到公式(1)中的3D服务体验质量:
其中b1、b2、b3和b4分别为4,1.0217,3和1。这样通过映射的3D服务体验质量和相关的失真计算,可以得到公式(1)中针对3D视频序列的3D服务体验质量评价公式参数a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2和c3。
OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取应用层的纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息。
OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络层的链路信息和网络物理层的误比特率信息;根据所述网络层的路径信息选择所述纹理视频和深度的传输码率和数据层数。
进一步地,OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络层的总的可用带宽,根据总的可用带宽,确定合适比例,在每个合适的比例下选择不同的纹理视频和深度的传输码率和数据层数,根据不同的纹理视频和深度的数据层数选出合适的传输路径。
将选择的纹理视频和深度的每个数据层的数据流分配到网络层的每条路径上,计算每条路径的误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率;根据误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率获取总丢包率;根据总丢包率获取纹理视频丢包率和深度丢包率;根据纹理视频失真、深度失真、纹理视频丢包率和深度丢包率获取3D服务体验质量评价公式数值。
进一步地,通过利用一些网络探测工具,OpenFlow控制器收集每条可能的传输路径下的带宽,延迟,以及网络物理层误比特率等信息。将每一层数据(数据流)(包括深度和纹理视频)分配到每条路径上,这样会产生多种传输方案。每个方案对应一组唯一的路径和匹配的传输数据层。针对所有方案,计算每条路径下的误比特率导致的丢包率,传输延迟导致的丢包率和拥塞导致的丢包率。
进一步地,由于OpenFlow控制器在接收端采用接收缓存区,抖动将会被减弱,不会对用户体验质量够成影响。我们设置最大传输延迟限制为Tmax,假定当前路径中第n段链路(路径由多段链路组成)的传输速率是RTL,n,Ti,n为第i个数据包的在第n段链路上的传输时延,Si为第i个数据包的比特数,可根据公式(3)得出:
假定传输路径中有N段链路,则总的传输时延可以由公式(4)得出:
在候选传输的K个包中,满足TN>Tmax的包的个数为k,而由于延迟造成的丢包率可由公式(5)得出:
如果路径p的传输带宽为Rp,而在该路径上传输的数据总量为R(R>Rp),则由于拥塞造成的丢包率可由公式(6)得出:
除了拥塞和延迟丢包,物理层也会导致应用层数据丢包事件。第n段链路物理层的误比特率为b,则第n段链路由于误比特率造成的丢包率可由公式(7)得出:
则在包含N段链路的路径中,误码率导致的丢包率由公式(8)计算得出:
根据拥塞丢包率、延迟丢包率和误比特率丢包率可以由公式(9)得出总的丢包率:
ρp=ρt+ρc+ρe (9)
其中,通过ρp得到纹理视频和深度的平均丢包率ρv和ρd。
进一步地,通过计算每种传输方案下的丢包率、相应的纹理视频失真和深度失真,根据公式(1)得到所有传输方案的3D服务体验质量数值。最后选择一种3D服务体验质量最高(最高代表最优的含义)的传输方案。
OpenFlow控制器根据3D服务体验质量最优的传输路径、纹理视频和深度的传输码率对纹理视频的多个数据层码流的路径和深度码率的多个数据层码流的路径的进行控制和管理;在客户接收端,纹理视频的多个数据层码流和深度的多个数据层码流通过多路径传输汇聚后进行解码,以及虚拟视点视频绘制和3D视频播放。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于OpenFlow的3D视频传输方法,其特征在于,所述方法包括:
OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取所述应用层的纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息;
所述OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息,根据所述网络基础架构层的路径信息、网络物理层的误比特率信息、所述纹理视频的第一码率信息、所述深度的第二码率信息利用3D服务体验质量评价公式进行处理,从而得到传输路径信息并选择传输路径;
所述OpenFlow控制器利用所述传输路径,对匹配的数据层中的所述纹理视频的数据流和所述深度的数据流按所述传输路径进行分配和按所述传输路径定义的路由信息进行转发;
其中,根据所述网络基础架构层的路径信息选择所述纹理视频和深度的传输码率和数据层信息;
将所述纹理视频和所述深度的每个所述数据层的数据流分配到所述网络基础架构层的每条路径上,计算所述每条路径的误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率;
根据所述误比特丢包率、传输延迟丢包率和拥塞丢包率获取总的丢包率;
根据所述总的丢包率获取纹理视频丢包率和深度丢包率;
根据纹理视频失真、深度失真、所述纹理视频丢包率和深度丢包率获取3D服务体验质量评价公式参数数值;
根据所述3D服务体验质量评价公式参数数值确定所述传输路径;
所述应用层是利用可伸缩视频编码方法对纹理视频和深度进行编码。
2.根据权利要求1所述的基于OpenFlow的3D视频传输方法,其特征在于,所述OpenFlow控制器通过控制层的应用程序接口从应用层获取所述应用层的纹理视频的第一码率信息、深度的第二码率信息包括:应用层对所述纹理视频进行编码得到多个数据层码流的第一码率信息,并且对所述深度进行编码得到多个数据层码流的第二码率信息。
3.根据权利要求2所述的基于OpenFlow的3D视频传输方法,其特征在于,所述方法还包括:
根据预定的丢包率,构建损伤纹理视频码流和损伤深度码流;
对所述损伤纹理视频码流和所述损伤深度码流进行解码和差错隐藏,获取纹理视频失真和深度失真;
根据所述纹理视频失真和深度失真确定所述3D服务体验质量评价公式。
4.根据权利要求1所述的基于OpenFlow的3D视频传输方法,其特征在于,所述方法还包括:在客户接收端,所述纹理视频的数据流和所述深度的数据流汇聚后进行解码,并进行虚拟视点视频绘制和3D视频播放。
5.根据权利要求1所述的基于OpenFlow的3D视频传输方法,其特征在于,所述OpenFlow控制器通过OpenFlow协议获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息包括:所述OpenFlow控制器是利用网络探测工具获取网络基础架构层的路径信息和网络物理层的误比特率信息。
6.根据权利要求1所述的基于OpenFlow的3D视频传输方法,其特征在于,所述网络基础架构层的路径信息包括:可用带宽信息、丢包信息和延迟信息。
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