[发明专利]一种基于协作性组群机制的视频处理系统

权利要求书

1.一种基于协作性组群机制的视频处理系统，其特征在于，所述系统包括：

摄像头节点，用于捕获视频信号并将视频信号分割成相等大小的视频块并对视频块进行压缩，根据边缘节点的信道状态和计算能力信息得到视频块的压缩率、协作组群形成方案和视频块调度方案；将按视频块的压缩率压缩后的视频块按照视频块调度方案传输给边缘节点，将协作组群形成方案发送至相应边缘节点；

边缘节点，用于将各自的信道状态和计算能力信息发送给摄像头节点，然后根据协作组群形成方案形成协作性组群，对接收到的视频块进行初步处理，并将处理后的结果发送至服务器节点；

服务器节点，用于接收和整合边缘节点的视频处理结果并进行深入的视频分析；

所述协作组群形成方案具体为：

定义前L个边缘节点作为竞拍者I＝{1,2,…,L}，剩余边缘节点作为物品Δ＝{1,2,…,δ}，其中，δ＝N-L；N为边缘节点总数；物品包B是一个物品集合且满足定义v_i(B)为竞拍者i竞拍到Β的效益，效益的计算公式为：

其中，如果第i个竞拍者拍到了物品包B，其计算时间的减少量为传输时间的增加量为

其中，C_ps表示每个边缘节点处理单位任务所需时间；表示第i个边缘节点传输单位任务所需时间；s表示任务大小；表示第i个竞拍者和物品包B形成组群后的组播速率；n_B表示物品包B包含的物品数量；

构建协作性组群形成问题P₁：二元变量集合x＝{x_i(B),i∈Ι}被定义为具体的分配结果，x_i(B)＝1表示竞拍者i获得物品包B，而x_i(B)＝0表示物品包B没有分配给竞拍者i；通过求解所有竞拍者的效益和最大化问题P₁，即得到最优二元变量集合{x(B)}，以此获得协作性组群形成方案：

其中，问题P₁的目标是最大化所有竟拍者的效益和f(x)；e表示物品集合Δ中的一个物品；限制条件表示每个竟拍者最多能获得一个物品包；限制条件表示每个物品最多只能出现在一个物品包中；

所述视频块调度方案具体为：

通过解决问题P₁，获得了协作性组群集合组群传输速率集合以及组群计算速率集合其中，是组群中包含的边缘节点数量；通过求解下述视频块调度问题P₂来获得视频块调度方案：

s.t.:r_i＝α_is,i∈L,α_i∈α

T＝max{t_i|i∈L}≤D

α_i∈β＝{β₁,β₂,…,β_p},i∈L

G_i,j∈{0,1}

其中，问题P₂的目标是最大化所有视频块的平均视频码率f(α)；r_i表示视频块i的码率；L表示视频块集合；L表示视频块数量；α表示视频块的压缩率集合；α_i表示视频块i的压缩率，α_k表示视频块k的压缩率；s表示视频块的原始大小；t_i表示前i个视频块的传输时间和视频块i的处理时间的和；G_i,j＝1表示视频块i分配给组群j处理；G_k,j＝1表示视频块k分配给组群j处理；T表示视频任务的完成时间，D表示视频任务的截止时间，β＝{β₁,β₂,…,β_p}表示每个视频块的压缩率等级集合；限制条件T＝max{t_i|i∈L}≤D表示视频任务的完成时间是由最慢处理完的视频块决定的，限制条件和确保视频块与协作性组群是一一对应的，即一个视频块由一个组群处理；

为解决视频块调度问题P₂，先证明了最佳匹配理论，即当视频块和协作性组群是按照组群传输速率递减顺序匹配时，最优匹配序列就会得到；其中，最佳匹配序列指依次处理视频块1到视频块L的L个组群的排列顺序，其能产生最大的平均压缩率；然后基于最佳匹配理论，视频块调度问题P₂转换为一个整数线性规划问题P₃：

s.t.:r_i＝α_is,i∈L,α_i∈α

T＝max{t_i|i∈L}≤D

α_i∈β＝{β₁,β₂,…,β_p},i∈L

其中，限制条件表示视频块i分配给协作性组群i处理；问题P₃将采用低复杂度的启发式算法来解决。

2.根据权利要求1所述的一种基于协作性组群机制的视频处理系统，其特征在于，所述摄像头节点包括：

捕获模块，用于周期性捕获视频信号并暂时储存在缓存区内；

控制模块，用于接收各个边缘节点发送的信道状态和计算能力信息，并根据信道状态和计算能力信息计算得到协作组群形成方案、视频块的压缩率和视频块调度方案；将协作组群形成方案发送至相应边缘节点，将视频块的压缩率发送至压缩模块，将视频块调度方案发送至调度模块；

压缩模块，用于将缓存区内的视频信号分割成相等大小的视频块，并根据压缩指令将相应视频块按照特定的压缩率进行压缩；

调度模块，用于根据视频块调度方案将压缩后的视频块分配给相应的边缘节点。