一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法技术

本发明专利技术公开了一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其包括步骤1：构建家庭视频业务环境，基于家庭视频业务环境建立协同计算环境；步骤2：在协同计算环境中，利用单阶交互计算调度方法针对单阶交互计算进行计算卸载；步骤3：在协同计算环境中，利用多阶交互计算调度方法针对多阶交互计算进行计算卸载。方法针对多阶交互计算进行计算卸载。方法针对多阶交互计算进行计算卸载。

【技术实现步骤摘要】
一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法


[0001]本专利技术属于视频
，具体涉及一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法。

技术介绍

[0002]智能电视融合了广播、电视和计算机网络，为家庭视频环境带来了新的服务模式。与此同时，用户对现代智能电视的服务提出了越来越高的要求，甚至期望智能电视部分或完全取代此前由计算机、游戏设备(如X
‑
box)、移动设备等设备提供的服务。例如，许多用户更喜欢将各个领域的信息(如娱乐、学习、购物等)与视频内容整合在一起，构建新颖的内容应用，因此，智能电视不仅需要提供简单的计算(如视频编码、内容控制)，还需要提供与视频服务的复杂的交互计算。这就需要智能电视借助摄像头、可穿戴传感器等物联网设备进行跟踪、识别、三维重建等复杂的交互计算，而这些都需要强大的CPU甚至GPU计算资源。然而，采用直接在智能电视上执行复杂交互计算的方式存在两个主要缺点：第一,智能电视拥有比其他智能终端(如手机、电脑)更长的生命周期，这也意味着智能电视硬件的更新无法跟上复杂交互计算的要求。第二，智能电视的中央处理单元采用专用服务芯片解码视频流，对复杂交互计算的支持能力较差。因此，终端和硬件过时导致的计算能力不足，将阻碍复杂、大规模的智能电视交互服务的广泛发展。
[0003]目前能够有效降低计算响应延迟、改善资源有限终端用户体验的解决方案是，采用计算卸载，将密集的计算分发到附近的强大终端。计算卸载具有一定的提高资源有限终端效率的效果。现有的计算卸载方法一般采用以下三种方法之一：第一种方法是利用公有云服务器执行资源有限的终端的计算任务，但是，这种方法存在的问题是卸载的返回环节会因电视节目(如直播节目等)的实时性特点所造成的请求潮现象而在一段时间内出现拥塞；第二种方法是利用边缘服务器丰富的计算资源和高带宽连接的优势，为客户端提供低延迟的数据计算响应，甚至是VR视频渲染等高数据量计算卸载服务。不过，由于智能电视用户的区域聚合特性，密集的交互计算会显著增加边缘服务器的资源消耗，从而影响计算响应延迟；第三种方法是云服务器、边缘服务器和客户端之间的协同计算卸载，近年来被广泛应用于相关计算卸载调度中，以解决核心网带宽和服务器计算资源不足的问题。但是由于用户对电视节目需求的分布不确定性，将导致分布式协同计算环境部署的不确定性，这将给运营商和服务提供商带来计算环境部署和数据管理方面的不成熟成本。此外，边缘服务器的部署也会给服务提供商带来额外的经济成本和能源运营成本。由此可以看出以上三种方法在家庭视频交互应用中的使用效果并不理想。
[0004]综上所述，目前存在的问题包括：第一，对于智能电视交互计算，目前还没有适合家庭环境的计算卸载框架来提供高效的计算服务。并且目前也没有低延迟的计算卸载框架，不适合家庭环境应用；第二，一般的计算卸载调度算法不能应用在家庭环境中提供高效的计算调度。由于视频交互计算中与视频数据的相关性，卸载数据传输对计算响应延迟有很大的影响。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题，本专利技术提出一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其借助家庭视频业务环境下的其他移动设备，构建协同化计算卸载环境。针对视频内容的交互计算，提出了计算卸载机制构建方法。借助于同一用户私有化的终端之间建立信任机制，在家庭视频业务环境下将智能电视的交互计算卸载到高计算能力移动设备。同时，在家庭视频业务环境下建立协同的端到端通信机制。通过Wi
‑
FiDirect建立智能电视与移动设备之间的卸载计算通信通道，实现交互计算数据的快速响应。进一步的，还提出一种对于复杂多项交互计算，采用分节点和分项的协同卸载计算方法。根据协同交互运算环境下各个设备计算资源分配情况，以时延优化作为目标，确定在家庭视频业务环境下交互计算卸载任务调度的最优策略。
[0006]实现本专利技术的技术解决方案为：
[0007]一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1：构建家庭视频业务环境，基于家庭视频业务环境建立协同计算环境；
[0009]步骤2：在协同计算环境中，利用单阶交互计算调度方法针对单阶交互计算进行计算卸载；
[0010]步骤3：在协同计算环境中，利用多阶交互计算调度方法针对多阶交互计算进行计算卸载。
[0011]进一步地，所述家庭视频业务环境建立于家庭计算节点和智能电视的应用上，家庭视频业务环境包括网络模块、控制模块、通信模块和计算模块；
[0012]网络模块，用于接收来自云服务器的视频数据流，并将数据包分发给协同设备；
[0013]控制模块，同时部署在智能电视和家庭计算节点上，用于确定卸载调度和计算任务分配比例；
[0014]通信模块，用于在智能电视和家庭计算节点之间建立直连通信链路；
[0015]计算模块，用于执行分配的计算任务，生成与视频内容相关的信息对象。
[0016]进一步地，所述协同计算环境的构建步骤包括：
[0017]步骤11：智能电视初始化交互计算相关业务时，通过所述网络模块向路由器广播协作请求，并监测在相同家庭网络下能够参与交互计算协作的家庭计算节点；
[0018]步骤12：智能电视接受获得协作请求响应后，智能电视的网络模块获取当前网络中第一个响应的可协作家庭计算节点的网络特征，并将该网络特征传递给所述控制模块，用于进行调度计算；
[0019]步骤13：若有多个计算节点响应协作请求，则将这多个计算节点构成计算节点链路，并将其表示为：
[0020]Nodes＝[Node0,Node1,...](1)
[0021]步骤14：基于计算节点链路，将第i个计算节点的计算能力表示为Fs
i
，总的家庭计算节点的计算能力表示为Fs，智能电视的计算能力表示为Ft；
[0022]步骤15：所述控制模块定期向智能电视发送工作状态参数，用于确定当前协同计算环境，当计算节点发生变化时，控制模块将调整当前渲染计算调度策略，以适应当前网络。
[0023]进一步地，所述家庭视频业务环境中的网络模块、控制模块、通信模块和计算模块
交互分为三个阶段：
[0024](1)交互计算准备阶段：
[0025]视频媒体交互服务器预先将用户所涉及的交互计算进行分解，建立一定时间内相互解耦合的计算复杂度多项式，表示为：
[0026]It＝[It0,It1,...,It
n
](2)
[0027]其中，It
i
表示第i个子交互计算任务；
[0028]当智能电视发送请求时，获取交互任务的状态参数集合{[Cx0,Ex0],[Cx1,Ex1],...,[Cx
n
,Ex
n
]}，其中Cx
i
表示第i个子交互计算任务It
i
的复杂度，Ex
i
表示第i个子交互计算任务的输入与输出之间的关系；并在云服务器上封装成数据包，与视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建家庭视频业务环境，基于家庭视频业务环境建立协同计算环境；步骤2：在协同计算环境中，利用单阶交互计算调度方法针对单阶交互计算进行计算卸载；步骤3：在协同计算环境中，利用多阶交互计算调度方法针对多阶交互计算进行计算卸载。2.根据权利要求1所述的一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其特征在于，所述家庭视频业务环境建立于家庭计算节点和智能电视的应用上，所述家庭视频业务环境包括网络模块、控制模块、通信模块和计算模块；网络模块，用于接收来自云服务器的视频数据流，并将数据包分发给协同设备；控制模块，同时部署在智能电视和家庭计算节点上，用于确定卸载调度和计算任务分配比例；通信模块，用于在智能电视和家庭计算节点之间建立直连通信链路；计算模块，用于执行分配的计算任务，生成与视频内容相关的信息对象。3.根据权利要求2所述的一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其特征在于，所述协同计算环境的构建步骤包括：步骤11：智能电视初始化交互计算相关业务时，通过所述网络模块向路由器广播协作请求，并监测在相同家庭网络下能够参与交互计算协作的家庭计算节点；步骤12：智能电视接受获得协作请求响应后，智能电视的网络模块获取当前网络中第一个响应的可协作家庭计算节点的网络特征，并将该网络特征传递给所述控制模块，用于进行调度计算；步骤13：若有多个计算节点响应协作请求，则将这多个计算节点构成计算节点链路，并将其表示为：Nodes＝[Node0,Node1,...](1)步骤14：基于计算节点链路，将第i个计算节点的计算能力表示为Fs
i
，总的家庭计算节点的计算能力表示为Fs，智能电视的计算能力表示为Ft；步骤15：所述控制模块定期向智能电视发送工作状态参数，用于确定当前协同计算环境，当计算节点发生变化时，控制模块将调整当前渲染计算调度策略，以适应当前网络。4.根据权利要求3所述的一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其特征在于，所述家庭视频业务环境中的网络模块、控制模块、通信模块和计算模块交互分为三个阶段：(1)交互计算准备阶段：视频媒体交互服务器预先将用户所涉及的交互计算进行分解，建立一定时间内相互解耦合的计算复杂度多项式，表示为：It＝[It0,It1,...,It
n
](2)其中，It
i
表示第i个子交互计算任务；当智能电视发送请求时，获取交互任务的状态参数集合{[Cx0,Ex0],[Cx1,Ex1],...,[Cx
n
,Ex
n
]}，其中Cx
i
表示第i个子交互计算任务It
i
的复杂度，Ex
i
表示第i个子交互计算任务的输入与输出之间的关系；并在云服务器上封装成数据包，与视频数据包混合，以数据流的形式为客户端提供数据服务；
混合数据流通过CDN从服务器传输到家庭网络中的无线路由器；无线路由器通过广播将所有的数据包分发给智能电视和家庭计算节点；(2)请求数据传输阶段智能电视和家庭计算节点的网络模块对接收到的数据包进行筛选，然后分发给其他模块；家庭计算节点的网络模块将包含Cx和Ex的数据包传输给控制模块，选择最优的卸载策略；同时，智能电视和家庭计算节点的网络模块对参数做出响应，并将原始交互输入数据存储在各自计算模块分配的缓冲区中；(3)交互计算阶段智能电视的控制模块通过计算任务的状态参数，根据预设算法确定计算调度策略；当计算模块收到计算调度策略后，同步或异步执行同一计算任务的不同子任务；当子任务之间没有明显的逻辑关系时，以同步或异步的方式进行计算；否则，子任务以同步的方式按顺序执行；计算模块执行计算时，通信模块通过设备中的数据总线或设备之间构造的Wi
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FiDirect信道汇聚到智能电视的渲染单元；渲染单元渲染和视频内容同步呈现给用户。5.根据权利要求1所述的一种协作性的家庭视频交互计算卸载方法，其特征在于，步骤3的具体操作步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄希，王顺意，姜燕冰，杨灿怡，周帅兵，邓奕亮，邵靖韬，李亮，葛玄烨，徐垚，
申请(专利权)人：浙江传媒学院桐乡研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：