CN105430531B - 一种基于软件定义网络的远程医疗3d视频服务传输方法 - Google Patents

Abstract

一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法，软件定义网络控制器从所有可达路径里选择传输一个3D视频图像组的一条QoS代价最小的路径，以及深度提取与压缩服务节点和视点绘制与压缩服务节点，通过控制网络服务节点切换和路径转发，对整个3D视频图像组进行传输服务。

Description

一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法

技术领域

本发明具体讲是一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法。

背景技术

近年来，随着数字成像，3D视觉以及3D显示等技术的飞速发展，数字3D视频技术已经成为目前学术界和工业界的研究热点。与2D视频相比，3D视频能够使前景、背景图像的区分更加明显，具有更清晰的边界轮廓和更细腻的纹理图案，从而能够呈现给人们更好的成像质量和更加生动自然的3D感知效果，让人们重新看到自然场景的三维本质，感受到完全不同于一般平面画面的视觉体验。

传统的远程医疗系统大多基于2D视频通信系统进行医疗信息的传递与交互。为了提供更为精准的第三维信息，3D视频可以应用于远程医疗系统。3D视频系统可以使医生获得从传统平面显示无法捕捉到的深度信息数据，能够全方位读取影像信息，为临床诊断提供更丰富、精准的影像资料，大幅度降低对病灶的漏诊、从而提高诊疗质量。由于3D视频系统大多涉及到多个视点(2个以上)的视频采集，其数据量巨大，特别是由于医疗视频的特殊性，3D医疗视频采集，记录，压缩与无线传输都面临着巨大的挑战。

最近几年，随着移动网络和有线网络的融合，3D医疗视频服务也逐渐开始出现，目前的远程3D医疗视频通信服务主要包括以下几个服务环节，首先进行医疗过程的3D视频采集，并进行深度提取和压缩处理，然后在网络的中间节点进行3D视频虚拟视点绘制与压缩，最后通过网络传输将3D视频数据给专家用户，进行3D医疗视频的观看与分析。

在网络中，3D视频采集后，深度提取与压缩服务、视频绘制与压缩服务可与部署在不同的网络节点上进行服务，而不同的节点的服务能力和服务负载承受能力也是不同的。目前的3D视频服务系统采用固定的节点进行深度提取与压缩服务、视频绘制与压缩服务，这样导致服务节点的负载不够均衡，进而服务能力下降，影响整个3D视频通信链条的服务质量。而且，经过深度提取与压缩服务和视频绘制与压缩服务处理后的3D视频数据量大，目前的3D视频通信的传输路径是固定的。固定路径的拥塞状况也实时影响3D视频数据传输的时延，吞吐量等。但现有的3D医疗视频需要进行虚拟视点绘制、传输网络与绘制节点的处理能力有限，其传输方式多为单一路径传输，使得容易因多用户使用形成大流量而造成网络拥挤，导致目前的远程医疗3D视频通信用户体验质量较差。

软件定义网络利用OpenFlow通过将网络设备控制平面与数据平面分离开来，从而实现了对网络数据流量路径的灵活控制。目前的软件定义网络只是改变网络中数据流的转发，而忽略了网络服务节点的调整，不同的虚拟视点绘制服务节点和不同的深度提取服务节点的服务能力都有很大差别，这些服务节点的选择直接影响整个3D视频服务链条的服务质量，因此在3D视频服务过程中，可以实时调整虚拟视点绘制及压缩服务节点、不同的深度提取及压缩服务节点，使得整个服务的服务质量达到最优。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提出一种视频传送服务质量好的基于定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法，其特征在于：它的操作步骤如下：

(1)建立软件定义网络并获取网络的链路信息以及3D视频服务在当前建立网络中从3D视频采集端到专家用户观看端的所有可达传输路径；

(2)通过软件定义网络，在每一条可达路径上获取可用的深度提取及压缩服务节点、视点绘制及压缩节点并收集它们的负载和服务响应时间信息，从而计算出每一个服务处理时延，其具体操作步骤如下：

1)、通过设置在网络交换机上的第三方工具实时检测得到当前服务器所承担深度提取及压缩服务的CPU占用百分比P_{cpu_d}和每一帧深度提取及压缩服务占用的CPU百分比P_depth，并通过公式P_{cpu_d}除以P_depth计算得到每一个深度提取及压缩节点的负载情况；

2)、通过步骤(1)中建立软件定义网络时获取每一帧深度提取及压缩服务的时延T_depth；

3)、通过第三方工具检测得到深度提取及压缩服务节点服务器的服务响应时间T_{response_d}；

4)、通过公式计算得到每一个深度提取和压缩服务节点的服务处理时延D_depth＝W₁·T_{response_d}+W₂·T_depth·(P_{cpu_d}/P_depth)，其中W₁和W₂为通过实验得到的权值；

(3)同理，通过软件定义网络获取视点绘制和压缩服务器的负载和服务响应时间信息，从而计算视点绘制服务的时延，其具体操作步骤如下：

1)、通过设置在网络交换机上的第三方工具实时检测得到当前服务器所承担视点绘制及压缩服务的CPU占用百分比P_{cpu_r}和每一帧虚拟视点绘制及压缩服务的CPU占用百分比P_rendering，并通过公式P_{cpu_r}除以P_rendering计算得到视点绘制及压缩服务器的负载情况；

2)、通过步骤(1)中建立软件定义网络时获取虚拟视点绘制一帧所需要的时延T_rendering；

3)、通过第三方工具检测得到视点绘制及压缩节点服务器的服务响应时间T_{response_r}；

4)、通过公式计算得到视点绘制服务的时延D_renderring＝W₃·T_{response_r}+W₄·T_rendering·(P_{cpu_r}/P_rendering)，其中W₃和W₄为通过实验得到的权值；

(4)通过第三方工具监测得到一条传输路径中第i(i＜n)段相邻服务节点之间连接的链路可用带宽B_i和经过深度提取以及绘制服务的一个图像组(group ofpicture)中第j帧3D视频数据压缩后的数据量M_j，通过公式计算得到每一条包含n段链路的传输路径的传输链路造成的时延

(5)通过公式计算得到一条服务路径，以服务时延刻画服务质量(Qualityofservices)传输图像组中第j帧3D视频数据的时延以图像组为单元，根据当前远程医疗3D视频服务的所有可达路径，计算每一条路径传输一个3D视频图像组的QOS时延K为图像组包含的视频帧数；

(6)软件定义网络控制器从所有可达路径里选择传输一个3D视频图像组的一条QoS代价最小的路径，以及深度提取与压缩服务节点和视点绘制与压缩服务节点，通过控制网络服务节点切换和路径转发，对整个3D视频图像组进行传输服务；

(7)处理完一个3D视频图像组的传输服务后，返回步骤(1)，进行下一个3D视频图像组的传输服务。

作为优选，所述W₁和W₂的取值范围为0.47～0.53；W₃和W₄的取值范围为0.47～0.53。

作为优选，所述W₁、W₂、W₃、W₄的取值均为0.5

采用上述结构，本发明所具有的优点是：通过在远程医疗3D视频传输上建立软件定义网络，实现视频传输路径的多量化，再通过第三方检测工具检测并获取各个节点的信息，并通过公式计算出每一个服务器的处理时延、视点绘制服务的时延和相邻节点之间的传输时延，通过三种时延的相加，得到时延最小的视频传输路径，即速度最快，质量最优的传输路径，从而使得远程医疗3D视频传输质量好；通过第三方检测工具实时监测软件定义网络中各个服务器的拥堵状态，从而实时调整视频传输的下一个节点，避免现有3D医疗视频传输因固定路径而导致传输拥塞的情况；权值的数值是通过多次实验均值得到。

具体实施方式

一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法，其特征在于：它的操作步骤如下：

(1)建立软件定义网络并获取网络的链路信息以及3D视频服务在当前建立网络中从3D视频采集端到专家用户观看端的所有可达传输路径；

(2)通过软件定义网络，在每一条可达路径上获取可用的深度提取及压缩服务节点、视点绘制及压缩节点并收集它们的负载和服务响应时间信息，从而计算出每一个服务处理时延，其具体操作步骤如下：

1)、通过设置在网络交换机上的第三方工具实时检测得到当前服务器所承担深度提取及压缩服务的CPU占用百分比P_{cpu_d}和每一帧深度提取及压缩服务占用的CPU百分比P_depth，并通过公式P_{cpu_d}除以P_depth计算得到每一个深度提取及压缩节点的负载情况；

2)、通过步骤(1)中建立软件定义网络时获取每一帧深度提取及压缩服务的时延T_depth；

3)、通过第三方工具检测得到深度提取及压缩服务节点服务器的服务响应时间T_{response_d}；

4)、通过公式计算得到每一个深度提取和压缩服务节点的服务处理时延D_depth＝W₁·T_{response_d}+W₂·T_depth·(P_{cpu_d}/P_depth)，其中W₁和W₂为通过实验得到的权值；

(3)同理，通过软件定义网络获取视点绘制和压缩服务器的负载和服务响应时间信息，从而计算视点绘制服务的时延，其具体操作步骤如下：

1)、通过设置在网络交换机上的第三方工具实时检测得到当前服务器所承担视点绘制及压缩服务的CPU占用百分比P_{cpu_r}和每一帧虚拟视点绘制及压缩服务的CPU占用百分比P_rendering，并通过公式P_{cpu_r}除以P_rendering计算得到视点绘制及压缩服务器的负载情况；

2)、通过步骤(1)中建立软件定义网络时获取虚拟视点绘制一帧所需要的时延T_rendering；

3)、通过第三方工具检测得到视点绘制及压缩节点服务器的服务响应时间T_{response_r}；

4)、通过公式计算得到视点绘制服务的时延D_renderring＝W₃·T_{response_r}+W₄·T_rendering·(P_{cpu_r}/P_rendering)，其中W₃和W₄为通过实验得到的权值；

(4)通过第三方工具监测得到一条传输路径中第i(i＜n)段相邻服务节点之间连接的链路可用带宽B_i和经过深度提取以及绘制服务的一个图像组(group ofpicture)中第j帧3D视频数据压缩后的数据量M_j，通过公式计算得到每一条包含n段链路的传输路径的传输链路造成的时延

(5)通过公式计算得到一条服务路径，以服务时延刻画服务质量(Qualityofservices)传输图像组中第j帧3D视频数据的时延以图像组为单元，根据当前远程医疗3D视频服务的所有可达路径，计算每一条路径传输一个3D视频图像组的QOS时延K为图像组包含的视频帧数；

(6)软件定义网络控制器从所有可达路径里选择传输一个3D视频图像组的一条QoS代价最小的路径，以及深度提取与压缩服务节点和视点绘制与压缩服务节点，通过控制网络服务节点切换和路径转发，对整个3D视频图像组进行传输服务；

(7)处理完一个3D视频图像组的传输服务后，返回步骤(1)，进行下一个3D视频图像组的传输服务。

所述W₁和W₂的取值范围为0.47～0.53；W₃和W₄的取值范围为0.47～0.53。

所述W₁、W₂、W₃、W₄的取值均为0.5。

通过在远程医疗3D视频传输上建立软件定义网络，实现视频传输路径的多量化，再通过第三方检测工具检测并获取各个节点的信息，并通过公式计算出每一个服务器的处理时延、视点绘制服务的时延和相邻节点之间的传输时延，通过三种时延的相加，得到时延最小的视频传输路径，即速度最快，质量最优的传输路径，从而使得远程医疗3D视频传输质量好；通过第三方检测工具实时监测软件定义网络中各个服务器的拥堵状态，从而实时调整视频传输的下一个节点，避免现有3D医疗视频传输因固定路径而导致传输拥塞的情况；权值的数值是通过多次实验均值得到。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法，其特征在于：它的操作步骤如下：

(1)建立软件定义网络并获取网络的链路信息以及3D视频服务在当前建立网络中从3D视频采集端到专家用户观看端的所有可达传输路径；

(2)通过软件定义网络，在每一条可达路径上获取可用的深度提取及压缩服务节点、视点绘制及压缩节点并收集它们的负载和服务响应时间信息，从而计算出每一个服务处理时延，其具体操作步骤如下：

1)、通过设置在网络交换机上的第三方工具实时检测得到当前服务器所承担深度提取及压缩服务的CPU占用百分比P_{cpu_d}和每一帧深度提取及压缩服务占用的CPU百分比P_depth，并通过公式P_{cpu_d}除以P_depth计算得到每一个深度提取及压缩节点的负载情况；

2)、通过步骤(1)中建立软件定义网络时获取每一帧深度提取及压缩服务的时延T_depth；

3)、通过第三方工具检测得到深度提取及压缩服务节点服务器的服务响应时间T_{response_d}；

4)、通过公式计算得到每一个深度提取和压缩服务节点的服务处理时延D_depth＝W₁·T_{response_d}+W₂·T_depth·(P_{cpu_d}/P_depth)，其中W₁和W₂为通过实验得到的权值；

(3)同理，通过软件定义网络获取视点绘制和压缩服务器的负载和服务响应时间信息，从而计算视点绘制服务的时延，其具体操作步骤如下：

1)、通过设置在网络交换机上的第三方工具实时检测得到当前服务器所承担视点绘制及压缩服务的CPU占用百分比P_{cpu_r}和每一帧虚拟视点绘制及压缩服务的CPU占用百分比P_rendering，并通过公式P_{cpu_r}除以P_rendering计算得到视点绘制及压缩服务器的负载情况；

2)、通过步骤(1)中建立软件定义网络时获取虚拟视点绘制一帧所需要的时延T_rendering；

3)、通过第三方工具检测得到视点绘制及压缩节点服务器的服务响应时间T_{response_r}；

4)、通过公式计算得到视点绘制服务的时延D_rendering＝W₃·T_{response_r}+W₄·T_rendering·(P_{cpu_r}/P_rendering)，其中W₃和W₄为通过实验得到的权值；

(4)通过第三方工具监测得到一条传输路径中第i(i＜n)段相邻服务节点之间连接的链路可用带宽B_i和经过深度提取以及绘制服务的一个图像组(group of picture)中第j帧3D视频数据压缩后的数据量M_j，通过公式计算得到每一条包含n段链路的传输路径的传输链路造成的时延

(5)通过公式计算得到一条服务路径，以服务时延刻画服务质量(Qualityofservices)传输图像组中第j帧3D视频数据的时延以图像组为单元，根据当前远程医疗3D视频服务的所有可达路径，计算每一条路径传输一个3D视频图像组的QOS时延K为图像组包含的视频帧数；

(6)软件定义网络控制器从所有可达路径里选择传输一个3D视频图像组的一条QoS代价最小的路径，以及深度提取与压缩服务节点和视点绘制与压缩服务节点，通过控制网络服务节点切换和路径转发，对整个3D视频图像组进行传输服务；

(7)处理完一个3D视频图像组的传输服务后，返回步骤(1)，进行下一个3D视频图像组的传输服务。

2.根据权利要求1所述的一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法，其特征在于：所述W₁和W₂的取值范围为0.47～0.53；W₃和W₄的取值范围为0.47～0.53。

3.根据权利要求2所述的一种基于软件定义网络的远程医疗3D视频服务传输方法，其特征在于：所述W₁、W₂、W₃、W₄的取值均为0.5。