本發(fā)明屬于網(wǎng)絡編碼領域，更具體地，涉及一種基于分組網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡首播預加載方法及系統(tǒng)。

背景技術：

在傳統(tǒng)意義上，網(wǎng)絡中的各節(jié)點一般是使用“存儲轉發(fā)”機制的路由器，由于傳統(tǒng)觀點認為“在中間節(jié)點上對數(shù)據(jù)進行加工不會帶來收益”，所以路由器不對信息本身進行處理。而網(wǎng)絡編碼技術則是在節(jié)點上對數(shù)據(jù)進行編碼處理，以充分利用網(wǎng)絡資源，從而提高信息的傳輸率、提高網(wǎng)絡帶寬。網(wǎng)絡編碼是一種融合了路由和編碼的信息交換技術，它的思想是在網(wǎng)絡中的各個節(jié)點上對各條信道上收到的信息進行線性或者非線性的處理，然后轉發(fā)給下游節(jié)點，中間節(jié)點扮演著編碼器或信號處理器的角色。簡單來說，網(wǎng)絡編碼的核心思想就是允許網(wǎng)絡節(jié)點對傳輸信息進行編碼處理，而終端節(jié)點則對接收到的編碼及相關信息進行解碼處理，從而還原信息，在這過程中，網(wǎng)絡中傳播的數(shù)據(jù)是進行編碼處理的數(shù)據(jù)，具有一定的隱秘性，只有得到相關線性變量才能使其恢復可見。

網(wǎng)絡首播，特別是當今網(wǎng)絡視頻中一些周更的、非?；鸨木W(wǎng)劇，這些網(wǎng)劇往往具有定期更新、定時更新、收視人數(shù)多等特點。視頻發(fā)布方為了保障資源的新鮮度，防止片源提前流出，只能采取多個發(fā)布服務器在同一時段，進行負載均衡，但是由于觀看人數(shù)眾多，網(wǎng)絡時常會卡，嚴重影響觀眾的觀看體驗。為解決這個問題，當下一般采取的方案有兩種，一是從網(wǎng)絡出發(fā)。通過網(wǎng)站架構技術，實現(xiàn)多個服務器之間的負載均衡。二是從數(shù)據(jù)源的角度出發(fā)。比如專利“一種視頻數(shù)據(jù)的加載及播放方法技術”(專利號：201510436690)中提出的采用分離數(shù)據(jù)源屬性形成多個屬性矩陣的方式以提高用戶體驗。又或者是采用加密技術，用戶預先下載網(wǎng)站客戶端等方式，然后發(fā)布方通過加密手段，提前將資源加密成密文提供給用戶預先下載，等更新時間一到，再提供密鑰進行資源解密，這樣就完全隔絕了首播時的網(wǎng)絡延遲不安因素。

上述的幾種技術雖然從側面都能給網(wǎng)絡首播的穩(wěn)定播放帶來一定的改變，但依然存在一些問題。第一種方式中的通過網(wǎng)站架構技術來實現(xiàn)服務器的負載均衡，這是一種被動的方式，它是從資源發(fā)布方自身的角度出發(fā)，解決自身技術難點，但是目前而言，眾多大型的網(wǎng)絡資源發(fā)布方規(guī)模都很龐大，技術已經十分成熟，再想從自身角度進行改變，難度較大。第二種方式中的兩種方法，第一種需要將每個子數(shù)據(jù)分解成三個存儲矩陣，這樣將帶來兩個方面的問題，一是計算量龐大，網(wǎng)絡資源，尤其是視頻資源，往往數(shù)據(jù)量很大，每個子數(shù)據(jù)都需要進行二次劃分，加大了計算難度。二是增大了不穩(wěn)定性，正如前面所說的，網(wǎng)絡中對每個子數(shù)據(jù)都需要傳送三個屬性矩陣，一旦動態(tài)基準數(shù)據(jù)或靜態(tài)基準數(shù)據(jù)任何一項丟失，都將造成播放的不穩(wěn)定。上訴的第三種方法，通過加密，用戶提前下載好加密后的資源，這樣雖然很好的解決了資源的新鮮性以及首播帶來的網(wǎng)絡延時，但是目前對稱加密方式往往代價很高，這種方法最大的問題就是解密耗時長，可能用戶的體驗甚至趕不上不使用該技術。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于分組網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡首播預加載方法，該技術通過設計數(shù)據(jù)編碼模塊以及用戶解碼模塊，減小了計算量，同時也減小了網(wǎng)絡傳輸壓力。

為解決上述問題，本發(fā)明提供的方案是：一種基于分組網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡首播預加載方法，其中，包括以下步驟：

s1.數(shù)據(jù)處理，將輸入視頻進行資源處理和資源再處理后得到n個子視頻；

s2.選取隨機矩陣，針對s1得到的n個子視頻，將n個子視頻平均分成k組，記為d1，d2......dk，則每一組中具有子視頻數(shù)根據(jù)每組子視頻數(shù)c，生成c行c列線性無關的隨機矩陣a；

s3.對數(shù)據(jù)進行編碼；當用戶開始預約首播資源時，發(fā)布服務器對由s2得到的每一個分組di，i∈[1，k]，進行di×a的運算，生成該組的編碼ei，所有k組的編碼記為e1，e2......ek；

s4.發(fā)布服務器將s3生成的k個編碼，分別按照(i，ei)，i∈[1，k]對的形式發(fā)送給用戶，i作為序號表示這是第幾組子視頻生成的編碼，用戶預先下載這些數(shù)據(jù)到本地；

s5.用戶端進行解碼；當首播時間到時，服務器將數(shù)據(jù)對(a，m1)發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)數(shù)據(jù)對(a，m1)進行計算，從而得到恢復后的數(shù)據(jù)。

進一步地，所述的資源處理為將輸入長度為t的視頻文件劃分為長度為的n個子視頻：m1，m2，m3……mn；

進一步地，所述的資源再處理為按照m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律將子視頻再處理成m1，m2…..mn，共n個子視頻。

進一步地，所述的用戶解碼包括編碼數(shù)據(jù)解碼以及雙向恢復。

進一步地，所述的編碼數(shù)據(jù)解碼為用戶端根據(jù)c行c列線性無關的隨機矩陣a，計算得到a^-1，然后，根據(jù)di＝ei×a^-1，i∈[1，k]，從而恢復出所有分組d1，d2......dk，從而得到m1，m2…..mn序列。

進一步地，所述的雙向恢復為根據(jù)m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律，通過使用收到的原數(shù)據(jù)塊m1，從序列的兩端往中間雙向的依次恢復m2，mn，m3，mn-1……，直到所有數(shù)據(jù)恢復，根據(jù)其序號重新排列成m1，m2……mn。

一種基于分組網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡首播預加載系統(tǒng)，其中，包括數(shù)據(jù)處理模塊、隨機矩陣選取模塊、編碼模塊、數(shù)據(jù)對發(fā)送模塊以及用戶解碼模塊；

所述的數(shù)據(jù)處理模塊用于對輸入視頻進行資源處理和資源再處理，處理后得到n個子視頻；

所述的隨機矩陣選取模塊用于針對s1得到的n個子視頻，將n個子視頻平均分成k組，記為d1，d2......dk，則每一組中具有子視頻數(shù)根據(jù)每組子視頻數(shù)c，生成c行c列線性無關的隨機矩陣a；

所述的編碼模塊用于對隨機矩陣選取模塊得到的數(shù)據(jù)di，i∈[1，k]進行di×a的運算，生成該組的編碼ei，所有k組的編碼記為e1，e2......ek；

所述的數(shù)據(jù)對發(fā)送模塊用于對數(shù)據(jù)編碼模塊生成的k組編碼，按照(i，ei)，i∈[1，k]對的形式發(fā)送給用戶，i作為序號表示這是第幾組子視頻生成的編碼，用戶預先下載這些數(shù)據(jù)到本地；

所述的用戶解碼模塊用于客戶端解碼，當首播時間到時，服務器將數(shù)據(jù)對(a，m1)發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)數(shù)據(jù)對(a，m1)進行計算，從而得到恢復后的數(shù)據(jù)。

進一步地，所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括資源處理模塊和資源再處理模塊；所述的資源處理模塊用于將輸入長度為t的視頻文件劃分為長度為的n個子視頻：m1，m2，m3……mn；所述的資源再處理模塊用于按照m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律將子視頻再處理成m1，m2…..mn，共n個子視頻。

進一步地，所述的用戶解碼模塊包括編碼數(shù)據(jù)解碼模塊以及雙向恢復模塊；所述的編碼數(shù)據(jù)解碼模塊用于用戶端根據(jù)c行c列線性無關的隨機矩陣a，計算得到a^-1，然后，根據(jù)di＝ei×a^-1，i∈[1，k]，從而恢復出所有分組d1，d2......dk，從而得到m1，m2…..mn序列；所述的雙向恢復模塊用于根據(jù)m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律，通過使用收到的原數(shù)據(jù)塊m1，從序列的兩端往中間雙向的依次恢復m2，mn，m3，mn-1……，直到所有數(shù)據(jù)恢復，根據(jù)其序號重新排列成m1，m2……mn。

與現(xiàn)有技術相比，有益效果是：本發(fā)明提供的一種基于分組網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡首播預加載方法及系統(tǒng)，利用線性編碼方案以及雙向解碼方案，大大減少了計算量，也加快了解碼速度，提高了用戶體驗水平，并且保證了數(shù)據(jù)的隱秘性，保證了首播資源的新鮮度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖。

圖2為本發(fā)明整體流程圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好的理解本發(fā)明方案，下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清除、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，一種基于分組網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡首播預加載方法，其中，包括以下步驟：

s1.數(shù)據(jù)處理，將輸入視頻進行資源處理和資源再處理后得到n個子視頻；

s2.選取隨機矩陣，針對s1得到的n個子視頻，將n個子視頻平均分成k組，記為d1，d2......dk，則每一組中具有子視頻數(shù)根據(jù)每組子視頻數(shù)c，生成c行c列線性無關的隨機矩陣a；

s3.對數(shù)據(jù)進行編碼；當用戶開始預約首播資源時，發(fā)布服務器對由s2得到的每一個分組di，i∈[1，k]，進行di×a的運算，生成該組的編碼ei，所有k組的編碼記為e1，e2......ek；

s4.發(fā)布服務器將s3生成的k個編碼，分別按照(i，ei)，i∈[1，k]對的形式發(fā)送給用戶，i作為序號表示這是第幾組子視頻生成的編碼，用戶預先下載這些數(shù)據(jù)到本地；

s5.用戶端進行解碼；當首播時間到時，服務器將數(shù)據(jù)對(a，m1)發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)數(shù)據(jù)對(a，m1)進行計算，從而得到恢復后的數(shù)據(jù)。

進一步地，資源處理為將輸入長度為t的視頻文件劃分為長度為的n個子視頻：m1，m2，m3……mn；

具體地，資源再處理為按照m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律將子視頻再處理成m1，m2…..mn，共n個子視頻。

其中，用戶解碼包括編碼數(shù)據(jù)解碼以及雙向恢復。

另外，編碼數(shù)據(jù)解碼為用戶端根據(jù)c行c列線性無關的隨機矩陣a，計算得到a^-1，然后，根據(jù)di＝ei×a^-1，i∈[1，k]，從而恢復出所有分組d1，d2......dk，從而得到m1，m2…..mn序列。

其中，雙向恢復為根據(jù)m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律，通過使用收到的原數(shù)據(jù)塊m1，從序列的兩端往中間雙向的依次恢復m2，mn，m3，mn-1……，直到所有數(shù)據(jù)恢復，根據(jù)其序號重新排列成m1，m2……mn。

如圖2所示，一種基于分組網(wǎng)絡編碼的網(wǎng)絡首播預加載系統(tǒng)，其中，包括數(shù)據(jù)處理模塊、隨機矩陣選取模塊、編碼模塊、數(shù)據(jù)對發(fā)送模塊以及用戶解碼模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊用于對輸入視頻進行資源處理和資源再處理，處理后得到n個子視頻；

隨機矩陣選取模塊用于針對s1得到的n個子視頻，將n個子視頻平均分成k組，記為d1，d2......dk，則每一組中具有子視頻數(shù)根據(jù)每組子視頻數(shù)c，生成c行c列線性無關的隨機矩陣a；

編碼模塊用于對隨機矩陣選取模塊得到的數(shù)據(jù)di，i∈[1，k]進行di×a的運算，生成該組的編碼ei，所有k組的編碼記為e1，e2......ek；

數(shù)據(jù)對發(fā)送模塊用于對數(shù)據(jù)編碼模塊生成的k組編碼，按照(i，ei)，i∈[1，k]對的形式發(fā)送給用戶，i作為序號表示這是第幾組子視頻生成的編碼，用戶預先下載這些數(shù)據(jù)到本地；

用戶解碼模塊用于客戶端解碼，當首播時間到時，服務器將數(shù)據(jù)對(a，m1)發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)數(shù)據(jù)對(a，m1)進行計算，從而得到恢復后的數(shù)據(jù)。

其中，數(shù)據(jù)處理模塊包括資源處理模塊和資源再處理模塊；資源處理模塊用于將輸入長度為t的視頻文件劃分為長度為的n個子視頻：m1，m2，m3……mn；資源再處理模塊用于按照m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律將子視頻再處理成m1，m2…..mn，共n個子視頻。

另外，用戶解碼模塊包括編碼數(shù)據(jù)解碼模塊以及雙向恢復模塊；編碼數(shù)據(jù)解碼模塊用于用戶端根據(jù)c行c列線性無關的隨機矩陣a，計算得到a^-1，然后，根據(jù)di＝ei×a^-1，i∈[1，k]，從而恢復出所有分組d1，d2......dk，從而得到m1，m2…..mn序列；雙向恢復模塊用于根據(jù)m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......mn-1＝mn-1⊕mn，mn＝mn⊕m1的規(guī)律，通過使用收到的原數(shù)據(jù)塊m1，從序列的兩端往中間雙向的依次恢復m2，mn，m3，mn-1……，直到所有數(shù)據(jù)恢復，根據(jù)其序號重新排列成m1，m2……mn。

實施例1

假設存在長度為48分鐘的首播資源r，具體操作可如下：

步驟1：發(fā)布方按照3分鐘的單位時長將原48分鐘的資源r，劃分成大小相等的16個時間片，記為m1，m2……m16；

步驟2：按照m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......m15＝m15⊕m16，m16＝m16⊕m1的規(guī)律將子視頻再處理成m1，m2…..m16，共16個子資源；

步驟3：選擇分組數(shù)目k為8，將上述16個子資源分成8組，分別為d1，d2......d8，其中d1包含m1、m2，d2包含m3、m4，依次類推；

步驟4：選擇2行2列線性無關的隨機矩陣a，為[[1，2]，[-1，-3]]；

步驟5：對每一個分組di，i∈[1，8]，進行di×a的運算，生成該組的編碼ei。最后獲得所有8的編碼e1，e2......e8；

步驟6：按照(i，ei)，i∈[1，8]對的形式將編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶；

步驟7：用戶預先下載(i，ei)，i∈[1，8]對；

步驟8：當首播時間到時，發(fā)布方發(fā)送(a，m1)數(shù)據(jù)對給用戶；

步驟9：用戶根據(jù)隨機矩陣a，計算得到a^-1，為[[3，2]，[-1，-1]]；

步驟10：根據(jù)di＝ei×a^-1，i∈[1，8]，從而恢復出所有分組d1，d2......d8，從而得到m1，m2…..m16序列；以d1為例，已知e1＝d1×a，即e1＝[m1，m2]×[[1，2]，[-1，-3]]，則e1＝[m1-m2，2m1-3m2]。e1×a^-1可得d1＝[m1，m2]；

步驟11：根據(jù)m1＝m1⊕m2，m2＝m2⊕m3......m15＝m15⊕m16，m16＝m16⊕m1的規(guī)律，通過使用收到的原數(shù)據(jù)塊m1，從序列的兩端往中間雙向的依次恢復m2，m16，m3，m15，m4，m14，m5，m13，m6，m12，m7，m11，m8，m10，m9；所謂的雙向恢復即可以從m1，m2…..m16序列的兩端同時往中間恢復，不需要按照從m1到m16的順序單向恢復，這將恢復時長縮短了一半。

步驟12：根據(jù)序號重新排列成m1，m2……m16。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。