CN1219051A - 自适应通信格式化 - Google Patents

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Abstract

一种用于使用自适应的通信格式化在连接数据网和用户的通信网上提高数据传送性能的方法。自适应的通信格式化包括编码(或压缩)数据并应用错误控制方案以减少要传输的数据的数量,并校正和/或隐藏在数据传输过程中所产生的错误。在一种实施方式中,本发明使用一套代码转换技术以编码(或压缩)数据,和一套错误控制方案以校正和/或隐藏在数据传输过程中产生的错误。

Description

自适应通信格式化
无线通信系统的用户正在增加到非常大的数量，在美国已有多于四千五百万用户，在全世界范围已有一亿两千万用户。由于新的服务提供者进入了无线通信市场，对于旧的服务提供者，竞争的级别也在增加，要在保留已有的顾客的基础的同时吸引新的用户。为了保持用户数量和收入水平的连续增长，服务提供者正在向他们的用户提供增值服务。
国际互连网的迅速发展为有线和无线通信系统的服务提供者提供了发展增值服务的一个方向。目前，国际互连网的用户已多于五千万。访问国际互连网通常通过有线通信网络进行。但是，有线的国际互连网访问要求用户和有线通信网之间有某种类型的物理连接。这样通过有线连接访问国际互连网的用户的移动性就受到了极大的限制。相反，通过无线通信系统访问国际互连网为使用者/用户提供很大的可移动性。但是对于大多数的使用者/用户，无线的国际互连网访问昂贵的惊人。特别是，无线通信系统，例如基于GSM和IS-95 CDMA标准的系统，受限于空中接口访问速度(即窄带宽)，并容易受到易出错的传输环境的影响。例如，在基于无线通信系统的IS-95CDMA上传输的数据的误码率可能达到3％或更大。这样的限制增加了在国际互连网和使用者/用户之间成功的传送数据所需要的时间的总量，也增加了使用者/用户的无线电话呼叫的费用。因此，存在这样一个需要，提高连接国际互连网或其它数据网络和使用者/用户的通信网络的数据传输性能(即减少传输时间)。
本发明是一种使用自适应通信格式化以提高在连接数据网络和用户的通信网上的数据传输性能的方法。自适应通信格式化包括编码(或压缩)数据并应用错误控制方案以减少所传送的数据的数量和并且校正和/或隐藏数据传输过程中发生的错误。在一种实施方式中，本发明使用一套代码转换技术以编码(或压缩)数据和一套错误控制方案以校正和/或隐藏数据传输过程中产生的错误。所选择的特定的格式化数据的代码转换技术和错误控制方案的集合能自动适应各种因素，例如数据网络上连接用户和访问服务器的通信网的特性，用户的个人喜好，和传送到用户(或访问服务器)的数据的类型。
根据下面的说明书，附加的权利要求和附图，将更好地理解本发明的特点，方面和优点，其中：
图1依据本发明描述了用于访问数据网络的一个系统的体系结构；
图2描述了进入和退出访问服务器的一个比特流；
图3依据本发明的一种实施方式描述了访问服务器的功能框图。
图4描述了用于选择格式化数据所使用的代码转换技术和错误控制方案的一张表；和
图5描述了一张示出代码转换技术和错误控制方案的例子的图表，使用该技术和方案在无线连接上传输特定的数据类型。
图1示出了依据本发明的用于访问数据网络的一个系统10的体系结构。系统10包括一个数据网络12(例如国际互连网)，一个用户14，和一个通信网络16。通信网络16包括多个有线和/或无线通信系统，用于提供数据网络12和用户14之间的有线和/或无线连接。有线通信系统包括公用交换电话网(PSTN)，综合交换数字网(ISDN),T1线路和E1线路。无线通信系统包括那些基于频分多址(FDMA)，时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)的系统。数据网络12由多个互连的计算机组成，其中包括至少一个访问服务器20和至少一个主机22。访问服务器20是一台与一个服务提供者相联的计算机，用户14预约该提供者以访问数据网络12。主机22是一台具有用户14所寻找的数据的计算机。访问服务器20与主机22也可能是同一台计算机。
用户14包括一个通信设备24(例如电话，移动电话和/或调制解调器)，用于通过通信网络16从和向访问服务器20接收和发送数据，和一个远程计算机26，该计算机具有软件，用于处理向访问服务器20传输的，或要在一个与远程计算机26相连的输出装置(例如视频显示器，音频显示器，打印机，存储器等等)上显示的数据。用户14通过访问服务器20获得对数据网络12的访问。具体地说，用户14拨一个与访问服务器20相关的号码。通信网16使用拨号的号码将用户14与访问服务器20相连接。一旦连接到访问服务器20，用户14就能够从主机22检索数据。
通常，(用户所检索的)数据可能是一个文件的形式，或是一个实时记录设备(例如一个视频摄象机，话筒，扫描仪，传真机，传感器或测量设备)的一个输出的形式。在所有的情况，数据将都有为数据指示数据类型的相关信息。为了讨论的方便，本发明在这里将讨论以一个文件的形式从主机22检索数据。但是应该解释的是不应将本发明只限定在以文件的形式检索数据。
通过比特流从主机22检索出数据(或文件)，到达访问服务器20到达用户14。比特流包括数据和控制信息。数据将一个文件名与一个指示数据类型(和/或子类型)的文件扩展相联。控制信息包括：一个用户指示符，用于识别数据所要送达的用户；错误控制信息，用于校正和/或隐藏在数据传输过程中产生的错误；和/或一个数据类型指示符，用于识别相关数据的数据类型。数据类型包括，但并不限定于语音/声音，视频/图像和文本。每一个数据类型都有一个或多个子类型。语音/声音子类型(和文件扩展)的例子包括音频(.au)，波(.wav)和语音(.sp)。视频/图像子类型的例子包括标记图像格式文件(.GIF)，图形图像格式文件(.gif)，移动图像专家组文件(.mpg和.mp2)。文本子类型的例子包括MS Word(.doc)和ASCⅡ(.txt)。
自适应通信格式化
在访问服务器20，使用代码转换技术和错误控制方法的混合来格式化数据，以在可接受的质量等级内便利数据的传输。图2示出了进入访问服务器20的比特流23和退出访问服务器20的比特流25。当比特流23到达访问服务器时，比特流23包括数据和用户指示符-控制信息以识别数据所要送达的用户。由访问服务器20将数据格式化并通过比特流25将数据发送到用户14，该比特流包括编码的数据，用于控制和/或隐藏由数据传输引起的错误的错误控制信息，和用于识别相关的数据(编码的)数据的数据类型的数据类型指示符-控制信息，正如这里将要描述的。
代码转换技术包括用于编码(或压缩)数据的编码算法。编码(或压缩)数据通过减少要传输的数据的数量来便利数据的传输，这将会减少在限定带宽(即低速访问速度)的传输信道上从访问服务器向用户传输数据所要求的时间(即传输时间)。然而有些编码算法会有相关影响数据的质量的损失。代数码激励线形预测(ACELP)，向量和激励线性预测(VSELP)，增强的可变速率编码器(EVRC),H.263(它是国际电信联盟为实现标准所认定原则的一个集合)，pkzip(PKWare公司)，MPEG和MPEG2(移动图像专家组)和JPEG(联合图像专家组)是在本技术中所熟知的编码算法的一些例子。前面所提到的每个编码算法都有相关联的不同的压缩级别或百分比。
错误控制方案包括用于校正和/或隐藏在从访问服务器20向用户14传送数据的过程中产生的错误。错误控制方案提供用以保证数据的完整性不超出所接受的级别的装置。但是一些错误控制方案通过将控制信息加到数据上和/或当检测到数据错误时要求再发送数据，而增加了数据传输时间。前向纠错(FEC)，循环冗余检验(CRC)，自动重发查询(ARQ)，混合ARQ(即ARQ和FEC的组合)和错误隐藏(例如静音，从前面的正确的帧中外插，和从前面的和后续的正确的帧内插)是在本技术中所熟知的错误控制方案的一些例子。前面所提到的每个错误控制方案都有相关联的不同级别的错误校正和/或隐藏。
用来格式化数据的特定的代码转换技术和错误控制方案应该适应于下列因素，例如连接用户14和访问服务器20的通信网络16的特性，用户14的个人喜好，和数据的类型，正如这里将要描述的。注意到不应该只将本发明限制在只适应前面提到的因素。其它的因素例如交互性，比特率和传输延迟都应该是可用的。
第一个因素
第一个因素涉及到连接用户14和访问服务器20的通信网络16。通信系统的特性通常(无论该通信系统是有线的还是无线的)是互不相同的。通信系统的特性取决于子因素例如通信系统是有线的还是无线的，通信系统是模拟的还是数字的，可用的带宽，比特率，信噪比，误码率和传输延迟，正如这里将要描述的。
如前面所提到的，通信网络16包括多个有线的和/无线的通信系统，用以向用户14提供与访问服务器20的有线的或无线的连接。出于讨论的目的，无线连接涉及使用至少一个无线通信系统将用户14与访问服务器20相连接。相反，有线的连接不涉及使用无线通信系统将用户14与访问服务器20相连接。无线连接比有线连接有几个明显的缺点。首先，在无线连接上数据的传输时间要比在有线连接上传输相同的数据的时间明显的要长。这个的原因是因为无线连接比起有线连接可用带宽要少，比特率要小，传输延迟要长。因此，使用一个代码转换技术将数据尽可能的编码(或压缩)以减少在无线连接(和可能的一些有线连接)上传输的时间是更理想的。但是由便利数据的传输所得的益处总是会与压缩(或编码)相连的损耗相抵消。
第二，在一个无线连接上所传输的数据比起在有线连接上所传输的数据更容易受数据错误的影响。这个的原因是无线连接通常比有线连接有更低的信噪比和更高的误码率。这样增加无线连接上所应用的数据传输的错误控制的数量可能是更理想的。但是增加错误控制(即增加的质量)的益处总是会与增加的数据传输时间相抵消。
第二个因素
第二个因素涉及到用户14的个人喜好。用户14的个人喜好应该反映用户14和访问服务器20的硬件和软件性能，以及便利传送数据和可接受的数据质量之间的平衡。服务提供者和用户应该约定所采取的格式化数据的方式，也就是约定所使用的代码转换技术和错误控制方案。无论访问服务器20使用何种方式格式化数据，用户14都应该能够去格式化已格式化的数据。换句话说，访问服务器20应该约定使用与用户14所用的代码转换技术和错误控制方案相兼容的代码转换技术和错误控制方案。若不使用兼容的代码转换技术和错误控制方案将会导致用户14接收一个不能去格式化的比特流。在用户与访问服务器相连接时或之前，服务提供者和用户之间可能已协商了这个约定。用户14的个人喜好应该也能反映用户的便利传送数据和可接受的数据数量之间的平衡。例如，如果用户14要求较高的数据质量，那么用户可能不得不损失便利的传送数据以提高数据质量。这样用户14可能选择一个更少的压缩和最小损耗的代码转换技术(例如pkzip)和具有更好的错误校正的控制方案(例如ARQ)以在访问服务器格式化数据。
第三个因素
第三个因素是数据的数据类型。在格式化特定的数据类型的时候某些代码转换技术和错误控制方案是更有效的。这样，所选择的用于格式化数据的代码转换技术和错误控制方案应该适应于数据类型，正如这里将要描述的。代码转换技术包括用于编码或压缩特定数据类型的编码算法：对文本数据是gzip和pkzip；对于语音/声音数据是VCELP,ASELP和EVRC，并且对于视频/图像数据是h.163。使用一个文本代码转换技术(例如gzip的代码转换技术)压缩语音/声音数据可能没有使用一个语音代码转换技术(例如VCELP的代码转换技术)压缩同样的数据高效-也就是数据压缩的数量可能不相同。
错误控制方案包括不同级别的错误校正和/或隐藏技术。应用到数据的错误校正和/或隐藏的级别应该依赖于用户所能容许的错误的数量，它依赖于数据的类型。例如，在音频/语音和视频/图像数据类型中的错误可以容许到一定程度。在这样的情况下，音频/语音数据类型中的错误最好通过静音来隐藏，并且在视频/图像数据类型中的错误最好通过从前面的正确的帧内插来隐藏。相反，在文本数据中的错误是不能容许的。在这种情况下，通过请求再发送数据来校正错误(不隐藏)，即ARQ。
图3是依据本发明的一种实施方式的访问服务器20的功能框图。访问服务器20包括一个数据选择器30，多个文本，语音/声音和视频/图像代码转换技术32-n(即文本，语音/声音和视频/图像数据类型的代码转换技术)，多个文本，语音/声音和视频/图像错误控制方案34-n(即文本，语音/声音和视频/图像数据类型的错误控制方案)和一个合成器38用于多路复用格式化的数据。数据选择器30是一个设备，例如一个具有软件的微处理器，用于为格式化数据选择一个代码转换技术32-n和一个错误控制方案34-n。使用数据类型，用户标识，和/或识别用户个人喜好的用户表40(即对于每一种数据类型和/或子类型的每个用户优选的代码转换技术和错误控制方案)来选择代码转换技术32-n和错误控制方案34-n。数据选择器30可以使用文件扩展名，比特流中所包括的其它信息，缺省数据类型和/或前面提到的组合来确定数据类型。例如，数据选择器30可能确定具有．wav文件扩展的数据是语音/声音数据类型。数据选择器30能够使用(在比特流中的)用户指示符-控制信息来确定用户的标识。注意图3显示了在代码转换技术和错误控制方案之间的一对一的相关性。但是不应解释为将本发明限定在具有这样一种相关性的实施方式。代码转换技术和错误控制方案之间的一对多或多对一的相关性也是可能的。
图4示出了用户表40的一个例子。在表40中为每个用户和数据类型(和/或子类型)指定的代码转换技术和错误控制方案应该反映了前面提到的因素，即连接用户和访问服务器的通信网络的特性，仪器和软件的能力和/或用户和访问服务器的个人喜好，和数据的数据类型。例如，假定使用一个无线连接将用户号000001连接到访问服务器上。表40为用户号000001指定每个数据类型(和/或子类型)的一个代码转换技术和错误控制方案的集合，它们对于用户号000001和访问服务器都是可用的并在一个无线连接上在可接受的质量级别之内便利地传输数据。相反，用户号000222通过一个有线连接与访问服务器20相连接。对于通过一个有线连接连接的用户(例如用户号000222)，表40不指定格式化(即没有代码转换技术或错误控制方案)，因为有线连接(具有较宽的带宽)比起较窄带宽的无线连接不容易出现错误。
注意不应将本发明限定在使用图4中的表40。也可以使用其它类型信息的表或集合，例如数据库，来为特定用户所预定的格式化数据识别代码转换技术和错误控制方案。在表中也可以存储其它的信息，例如用户是通过有线还是无线连接的指示符，或对于有线和无线连接的单独的代码转换技术和错误控制方案的集合。注意到如果数据选择器需要确定有关用户与访问服务器相连接的方式，可以使用一个指示连接的标志，一个缺省，用户所拨的用以连接访问服务器的电话号码等等进行这样一个确定。
访问服务器20通过不同的方式生成或获得表40。用户可以向服务提供者提交一个完整的表格，指示用户可用的代码转换技术和错误控制方案，和用户将连接访问服务器的方式。服务提供者将使用该完整表格中的信息以选择对于用户和访问服务器都可用的代码转换和错误控制方案，和最优的连接方式。然后将这样的选择加到表40或使用它来建立表40。可选的是，用户也可以在访问服务器20时以电子形式提供这样的信息，另外也可使用代码转换技术和错误控制方案的缺省集合来建立表。
在数据选择器30选择了一个代码转换技术和一个错误控制方案之后，使用所选择的代码转换技术32-n来编码(或压缩)数据，并使用所选择的错误控制方案34-n将错误控制信息加到所编码的数据之上，如图2中比特流25所示。当合成器38多路复用已格式化的数据时，将数据类型指示符-控制信息加到格式化的数据(即具有相关错误控制信息的编码数据)之上。访问服务器20顺序将多路复用的数据通过通信网16传送到用户14。在用户14，将多路复用的数据多路分解，并使用正确的代码转换技术和错误控制方案的集合将数据去格式化。特别是，用户参照数据类型指示符-控制信息以选择正确的代码转换技术和错误控制方案来去格式化(或进行与访问服务器上的代码转换技术和错误控制方案相反的操作)格式化的数据。然后将去格式化的数据顺序输出到一个视频显示器，音频显示器，打印机和/或与远程计算机26相关联的计算机存储器。
图5是一张示出代码转换技术和错误控制方案的图表50，有可能使用它们来在无线连接上传输特定的数据类型。图表50表示了数据子类型和它们的相关比特率，编码算法和编码(或压缩)后的数据的比特率，和错误控制方案。例如，音频子类型的数据具有256Kbps的比特率。如果使用一个VCELP编码算法的代码转换技术来编码音频数据，能够将比特率降低到8Kbps。接下来，在无线连接上传送数据之前，在错误控制方案中将混合的ARQ和静音(错误隐藏的一种形式)应用到编码(或压缩)后的数据之上。
尽管已参照具体实施方式相当详细地描述了本发明，但是其它变化也是可能的。因此本发明的精神和范围并不只限定在这里所包括的实施方式的描述之中。

Claims (28)

1．一种用于在一个通信网上传输数据的方法，该方法特征在于：
为数据确定数据类型；
选择一个代码转换技术和一个错误控制方案以在数据类型的基础上格式化数据；
使用所选择的代码转换技术编码数据；和
将所选择的错误控制方案应用到数据上。
2．权利要求1的方法特征在于附加的步骤：
多路复用数据以在通信网络上进行传输。
3．权利要求2的方法，特征在于多路复用的步骤包括将一个数据类型指示符加到数据之上。
4．权利要求1的方法，特征在于所选择的错误控制方案将错误控制信息加到数据之上。
5．权利要求1的方法，特征在于使用一个与数据相关联的文件扩展名来确定数据的类型。
6．权利要求1的方法，特征在于是使用一个缺省数据类型来确定数据的类型。
7．权利要求1的方法，特征在于在通信网络的特性的基础上选择代码转换技术和错误控制方案。
8．权利要求1的方法，特征在于在用户的个人喜好的基础上选择代码转换技术和错误控制方案。
9．权利要求1的方法，特征在于使用为每个数据类型指定代码转换技术和错误控制方案的集合的信息来选择代码转换技术和错误控制方案。
10．权利要求1的方法，特征在于使用为每个用户指定代码转换技术和错误控制方案的集合的信息来选择代码转换技术和错误控制方案。
11．权利要求1的方法，特征在于使用为访问服务器和用户之间的一个无线连接指定代码转换技术和错误控制方案的集合的信息来选择代码转换技术和错误控制方案。
12．权利要求1的方法，特征在于使用缺省的代码转换技术和错误控制方案来选择代码转换技术和错误控制方案。
13．权利要求1的方法，特征在于为文本数据类型选择一个使用pkzip编码算法的代码转换技术。
14．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个使用ACELP编码算法的代码转换技术。
15．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个使用VSELP编码算法的代码转换技术。
16．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个使用EVRC编码算法的代码转换技术。
17．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个使用混合ARQ错误控制方案的错误控制方案。
18．权利要求1的方法，特征在于为视频数据类型选择一个使用混合ARQ错误控制方案的错误控制方案。
19．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个使用ARQ错误控制方案的错误控制方案。
20．权利要求1的方法，特征在于为视频数据类型选择一个使用ARQ错误控制方案的错误控制方案。
21．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个使用静音技术的错误控制方案。
22．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个在前面的和后续的正确的帧的基础上使用内插技术的错误控制方案。
23．权利要求1的方法，特征在于为语音数据类型选择一个在前面的正确的帧的基础上使用外插技术的一个错误控制方案。
24．权利要求1的方法，特征在于为视频数据类型选择一个在前面的和后续的正确的帧的基础上使用内插技术的错误控制方案。
25．权利要求1的方法，特征在于为视频数据类型选择一个在前面的正确的帧的基础上使用外插技术的一个错误控制方案。
26．权利要求1的方法，特征在于为文本数据类型选择一个使用ARQ技术的错误控制方案。
27．一种在通信网络上传输数据的方法，该方法的特征在于步骤：
选择一个代码转换技术和一个错误控制方案，以在该通信网络是否包括一个无线通信系统的基础上格式化数据；
如果通信网络是一个无线通信系统，使用所选择的代码转换技术编码数据；和
如果通信网络是一个无线通信系统，将所选择的错误控制方案应用到数据上。
28．一种在通信网络上传送数据的方法，该方法特征在于步骤：
在用户个人喜好的基础上选择一个代码转换技术和一个错误控制方案，以格式化数据；
使用所选择的代码转换技术编码数据；和
将所选择的错误控制方案应用到数据之上。
CN98120841A 1997-09-30 1998-09-29 自适应通信格式化 Pending CN1219051A (zh)

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