一種基于納什議價(jià)的交互式多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于納什議價(jià)的交互式多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度方法，屬于多媒 體數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展和視頻服務(wù)的不斷升級(jí)，人們已經(jīng)不滿 足于傳統(tǒng)的單一視點(diǎn)視頻，于是多視點(diǎn)視頻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并成為了當(dāng)前視頻研究領(lǐng)域最重 要的發(fā)展趨勢(shì)之一。多視點(diǎn)視頻最突出的特征就是交互性，如何體現(xiàn)該一特征成為了多視 點(diǎn)視頻應(yīng)用需要解決的問(wèn)題。交互式多視點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)傳輸是根據(jù)用戶的需求傳輸相應(yīng)的視 點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)，可W減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并且滿足用戶對(duì)視頻質(zhì)量的要求。
[0003] 目前的交互式多視點(diǎn)視頻系統(tǒng)服務(wù)器端能夠提供多個(gè)視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)，用戶端的 用戶可根據(jù)自身偏好，選擇服務(wù)器端的視點(diǎn)，在觀看過(guò)程中，可W隨意切換需求的視點(diǎn)，實(shí) 現(xiàn)了用戶端與服務(wù)器端的交互。
[0004] 由于服務(wù)器端包含了多個(gè)視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)，相比于傳統(tǒng)的單一視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)， 多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)量更大。在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生時(shí)，現(xiàn)有的交互式多 視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度方法，在視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包調(diào)度中，如果W滿足用戶端多數(shù)用戶的 視點(diǎn)需求為目標(biāo)，優(yōu)先發(fā)送被多數(shù)用戶需求的視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包，而忽視了所有用戶之間 的公平性，會(huì)導(dǎo)致各用戶視頻質(zhì)量的巨大差異；如果是W所有用戶之間的公平性為目標(biāo)，平 等地調(diào)度所有視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包，而不考慮用戶對(duì)視點(diǎn)的不同需求，則會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)傳輸效 率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] ，本發(fā)明的目的在于提供一種基于納什議價(jià)的交互式多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度方 法，為了保證較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，同時(shí)兼顧用戶之間的公平性，該方法可W在網(wǎng)絡(luò)帶寬資 源有限的情況下，服務(wù)器根據(jù)用戶周期性反饋的視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包請(qǐng)求，向所有用戶調(diào)度 視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸效率和用戶公平性之間的性能平衡。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：
[0007] 首先，在用戶端，各用戶確定自身的視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包請(qǐng)求，并反饋給服務(wù)器；
[000引接著，服務(wù)器接收各用戶的視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包請(qǐng)求，并將交互式多視點(diǎn)視頻的數(shù) 據(jù)包調(diào)度最優(yōu)化建模成納什議價(jià)模型；
[0009] 然后，服務(wù)器端利用拉格朗日對(duì)偶及約束條件列出最優(yōu)化條件（KKT， Karush-Kuhn-化cker條件）求解優(yōu)化模型，確定服務(wù)器端各個(gè)視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包被發(fā)送的 概率；
[0010] 最后，服務(wù)器端根據(jù)用戶視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包請(qǐng)求的變化，更新所有視點(diǎn)的視頻數(shù) 據(jù)包被發(fā)送的概率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸最優(yōu)化，
[0011] 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0012] 一種基于納什議價(jià)的交互式多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度方法，其具體步驟如下：
[0013] 步驟1.確定用戶n自身視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包需求
[0014] (1).定義視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包的偏好度
[0015] 在用戶端，定義用戶n對(duì)視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包的偏好度，記為為，其表達(dá)式為：
[0016]為=c〇s城，n = 1，2,. . .，N，m = 1，2,. . .，M
[0017] 其中，么是服務(wù)器端中視點(diǎn)m的朝向，M是視點(diǎn)數(shù)量，4是用戶n的頭部朝向，N 是用戶端中的用戶數(shù)量，城是服務(wù)器端中視點(diǎn)m的朝向資"與用戶n的頭部朝向&之間的 夾角；
[0018] (2).定義用戶對(duì)視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包的偏好函數(shù)u&m，其表達(dá)式為：
[0019]
[0020] 其中，E為用于判斷用戶n是否向服務(wù)器請(qǐng)求發(fā)送視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包的闊值； 若u&m為1，則用戶n向服務(wù)器請(qǐng)求發(fā)送視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包，否則用戶n不向服務(wù)器請(qǐng)求 發(fā)送視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包；
[0021] 步驟2.建立視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包調(diào)度最優(yōu)化的納什議價(jià)模型
[0022] (1).定義視點(diǎn)m的效用函數(shù)IV其表達(dá)式為：
[0023]
[0024] 其中，Xm是視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包被服務(wù)器發(fā)送的概率；
[0025](2).定義視點(diǎn)m的最小效用函數(shù)，其表達(dá)式為
[0026] 其中，e是一個(gè)正常數(shù)；
[0027] (3).建立目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題
[002引根據(jù)所述的視點(diǎn)m的效用函數(shù)和最小效用函數(shù)，建；.....￡最優(yōu) 化的納什議價(jià)模型，具體如下：
[0029] 目標(biāo)問(wèn)題
[0030] 約束條件：
[003U ①.0《Xm《l，m=
[0034] 優(yōu)化目標(biāo)；擁有較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的同時(shí)，兼顧所有用戶之間的公平性；
[00對(duì)約束條件：
[0036] ①.每個(gè)視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包被服務(wù)器發(fā)送給用戶的概率為0與1之間；
[0037] ②.所有視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包被服務(wù)器發(fā)送給用戶的概率之和為1 ;
[003引⑨.每個(gè)視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包被服務(wù)器發(fā)送給用戶的概率大于最小概率；
[0039] 步驟3.求解優(yōu)化模型確定所有視點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)包的發(fā)送概率
[0040] (1).對(duì)原目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行對(duì)數(shù)處理，得： 巧
[0041] I麗乙二Iln(.、V乙"罕-)
[0042] (2).定義拉格朗日對(duì)偶；
[0043] 王(X，A，a，P)=之…=1 虹(x," -詔助)+義(完剛=而-1) + 乏1,='",兩,-乙-1)
[0044] 其中，A，Qm和Pm表示拉格朗日乘子，該對(duì)數(shù)問(wèn)題具有凸的目標(biāo)函數(shù)，約束條件 是凸集；
[0045] (3).利用KKT條件求解；根據(jù)拉格朗日對(duì)偶及約束條件列出最優(yōu)化條件（KKT條 件），如下：
[0046] 若%是嚴(yán)+義+萌~戊=0;
[0047] 藝.、-,"=1，乂7^0 二0，〇",>0; /義,-I)二0，片",>0; m=l
[0048] 0《Xm《1 ;
[0049] 計(jì)算得到視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包被服務(wù)器發(fā)送的最優(yōu)概率，其計(jì)算式為：
[0050] 為=-+ &'.1玄"-1S2X.",)W二レ?.，始
[0化1] 步驟4.更新所有視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包的發(fā)送概率
[0化2] 適應(yīng)用戶頭部朝向變化，顯示設(shè)備周期性地追蹤更新用戶的頭部朝向，用戶端各 用戶重復(fù)步驟1發(fā)送新的視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包請(qǐng)求給服務(wù)器，服務(wù)器端重復(fù)步驟2至3,更新 所有視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包被發(fā)送的概率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸最優(yōu)化。
[0化3] 本方法與現(xiàn)有技術(shù)比較具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0054] 本發(fā)明的一種基于納什議價(jià)的交互式多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度方法，該方法引入 視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包調(diào)度最優(yōu)化的納什議價(jià)模型，服務(wù)器根據(jù)用戶周期性反饋的視點(diǎn)視頻數(shù) 據(jù)包請(qǐng)求，W最優(yōu)概率向所有用戶調(diào)度視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包，擁有較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的同 時(shí)，兼顧所有用戶之間的公平性。
【附圖說(shuō)明】
[0化5] 圖1是本發(fā)明方法的總流程圖；
[0化6] 圖2是各視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包發(fā)送概率公平性示意圖；
[0化7] 圖3是各用戶滿意度示意圖；
[0化引圖4是平均用戶滿意度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明；一種基于納什議價(jià)的交互 式多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度方法，其特征在于，該方法首先，在用戶端，各用戶確定自身的 視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包請(qǐng)求，并反饋給服務(wù)器；接著，服務(wù)器接收各用戶的視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包請(qǐng) 求，并將交互式多視點(diǎn)視頻的數(shù)據(jù)包調(diào)度最優(yōu)化建模成納什議價(jià)模型；然后，服務(wù)器端利用 拉格朗日對(duì)偶及約束條件列出最優(yōu)化條件（KKT，Karush-Kuhn-化cker條件）求解優(yōu)化模 型，確定服務(wù)器端各個(gè)視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包被發(fā)送的概率；最后，服務(wù)器端根據(jù)用戶視點(diǎn)的視 頻數(shù)據(jù)包請(qǐng)求的變化，更新所有視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包被發(fā)送的概率，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸最優(yōu)化。
[0060] 本實(shí)施例在W本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行試驗(yàn)，如圖1所示，給出了詳細(xì)的實(shí) 施方式和具體的操作過(guò)程，主要包括確定用戶n自身視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包需求、建立視點(diǎn) 的視頻數(shù)據(jù)包調(diào)度最優(yōu)化的納什議價(jià)模型、求解優(yōu)化模型確定所有視點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)包的發(fā)送 概率、更新所有視點(diǎn)視頻數(shù)據(jù)包的發(fā)送概率W及本發(fā)明方法的性能分析。
[0061] 1.確定用戶n自身視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包需求
[0062] (1).定義視點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)包偏好度
[0063] 本發(fā)明選取8個(gè)視點(diǎn)的視頻序列進(jìn)行實(shí)例分析，每個(gè)視點(diǎn)序列包含96帖，采用 比264/AVC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)視點(diǎn)獨(dú)立編碼，編碼后分辨率為640X480,每個(gè)圖像組大小為8,量 化參數(shù)選取為28,8個(gè)視點(diǎn)W相同的角度差均勻的分布在20°和160°之間。在用戶端，顯 示設(shè)備周期性地獲取用戶的頭部朝向，第一類用戶的頭部朝向均勻地分布在45°至135° 之間，第二類用戶的頭部朝向均勻地分布在0°到45°或者135°到180°之間，或是服務(wù) 器端中視點(diǎn)m的朝向，8是視點(diǎn)數(shù)量，4是用戶n的頭部朝向，N是用戶端中的用戶數(shù)量，現(xiàn)J用戶n對(duì)視點(diǎn)m的視頻數(shù)據(jù)包的偏好度為：
[0064] 器=cos城，n = 1，2,. . .，N，m = 1，2,. . .，8
[0065] 其中城是服務(wù)器端