CN1732666A - 用于调整内容流的比特率的设备和方法及相关产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于根据至少一个接收器(1)的处理能力的函数来调整内容流的比特率的设备(10)和方法。这些内容被发送器传输到接收器，接收器根据通信协议向发送器提供所述内容的接收数据(REP)的返回传输，接收数据包括至少一个涉及这些内容在网络中的通信条件的参数。该设备包括用于根据涉及这些能力的信息的函数来估计所需比特流水平的模块(12)和修改该参数以将流调整提示返回传输到发送器的模块(13)，其中所述流调整提示能够根据所需水平修改比特率。本发明可以应用于流传输。

Description

用于调整内容流的比特率的设备和方法及相关产品

技术领域

本发明涉及一种用于根据一个或多个接收器的处理能力的函数来调整内容流的比特率的设备和方法，以及相关产品。

背景技术

越来越多的用户终端(具体地说，例如个人计算机(PC)和个人数字助理(PDA))是基于其上实现了软件的通用平台的。这种趋势具体地涉及音频/视频阅读器。

然而，终端的能力常常是非常不同的，无论是从CPU(代表“中央处理单元”)性能方面还是从可用存储器方面来看。因此，必须定义调整内容适应终端或者调整终端适应内容的技术。

已知的涉及调整终端适应内容的解决方案是：如果终端不能实时对所有数据进行解码，则执行选择性的解码。例如，在接收MPEG2(代表“运动图像专家组”)视频流的期间，这些视频流通常包括I(由自身解码)、P(在较早图像的帮助下解码)和B(在较早及较后图像的帮助下解码)类型的图像，性能较差的终端不对B图像解码(未将B图像用于预测后继的图像)。

在没有返回路径的传输应用中，通过广播或组播，这种解决方案尽管导致了信息丢失(这可能损害接收质量)，但是允许有效的自适应。

相反，在点到点应用中，通过调整发送比特率以适应终端，可以避免这一问题。根据一种已知技术，为了如此，在目标终端和客户之间实现预先的协商步骤，从而该终端的性能被传送到发送器。然后，发送器选择可以被该终端实时解码的内容。这种技术依赖于定义一种使得可以交换这种类型的信息的协议，并且依赖于定义对终端性能的测量。

在所公开的关于调整发送器适应接收器能力的方法中，日本文献JP2000-270330公开了这样一种技术：通过接收器终端预先向发送器通知处理能力，根据带有解码器的终端的处理能力的函数来调整发送比特率。

从该文献的公开中可以看出，必须在发送器和接收器之间达成一种具体的传输协议，以便完成上述操作，而这具有这样的缺点：需要实现一种与相关的发送器和接收器都一致的系统。此外，这种过程可以受益于相对广泛的应用，只要其形成公认的标准化的主题。

此外，通常使用标准化技术来在点到点网络内调整发送流以适应数据循环条件。这样，在RTCP(代表“实时控制协议”)中，向发送器通知IP(代表“因特网协议”)分组在发送器和接收器之间的往返时间(RTT)，发送器可以采取适当的测量来修改所发送的流。这种配置对于对网络中的拥塞做出反应尤其有用。如果算法是“TCP友好”类型的，则在接收器处观察到的错误率(“丢失事件率”，用“p”表示)也被传送到发送器，发送器由此可以调整其发送流，并根据所测量的错误率的函数来生成对错误的保护。

往返时间RTT的使用形成了针对在接收器级处考虑缓冲存储器容量的特定改进的主题。具体地，这种缓冲存储器延长了在调整发送流的比特率时要考虑的时间。这样，文献JP200卜257715公开了这样一种发送器，其具有信息处理部分，该信息处理部分能够计算从发源于接收器的接收确认开始的RTT。该处理部分提取与该RTT相对应以及与附加到接收确认中、关于与该终端相关联的缓冲存储器的存储量的提示相对应的传输比特率。比特率控制部分然后在所提取的比特率的基础上修改实际的传输比特率。这种技术使得可以作用于传输比特率，从而获得良好的实时再现，并避免了网络拥塞。

这些方法使得可以考虑用于比特率变化的缓冲存储器的容量，但是它们需要在发送器和接收器级的特定实现方式，以及特定的通信协议。此外，这些方法没有解决进行调整以适应接收器的处理能力这一问题。

用于进一步改进发送比特率的适合程度的一种尝试解决方案是：

如在文献JP2000-270330中所公开的一样，预先发送通知，向发送器告知接收器的能力，然后在向发送器传输时，在传输期间，接收确认不仅包含RTT，还包含关于接收器的缓冲存储器的提示，如文献JP2001-257715中所公开的一样。发送器通过明智组合的算法，通过考虑两种类型的信息，来调整其发送流。

虽然这种组合对于产生实时解码的良好流动性而言证明是有效的，但是其还是需要发送器和接收器中的实现方式以及应用特定的协议。此外，其保留了在广域网(称为WAN网络)内接受这种特定协议的相当大的不确定性，除非实现方式局限于有限的一组兼容发送和接收终端。

发明内容

本发明涉及一种用于根据至少一个接收器的处理能力的函数来调整内容流的比特率的设备，这允许了简单且有效的实现发拿过是，并且没有特殊困难就可以应用于非常大量的发送器和接收器(可能具有不同的模型)，而不必采用新的特定通信协议。

本发明还涉及与本发明的设备相对应的一种调整方法、一种接收终端和一种计算机程序。

具体地，本发明应用于RTCP通信领域，具体地应用在因特网上，但是也可以应用在其他WAN网络和局域网(称为LAN网络)上。此外，本发明在例如视频点播(VOD)之类的视频流的连续传输(称为“流传输”(streaming))方面，或者在通过因特网转播实况事件方面，尤其有用。

为了这一目的，本发明的主题是一种用于根据至少一个接收器的处理能力的函数来调整内容流的比特率的设备。这些内容被发送器通过网络传输到该接收器，接收器根据通信协议向发送器提供内容的接收数据的返回传输。该设备包括：

-用于输入涉及这些能力的信息的模块；

-用于至少根据该信息的函数来估计比特率的所需水平的模块；

-和用于写入流调整提示的模块，其要在去往发送器的带有接收数据的返回传输中写入所述调整提示，这些调整提示能够根据所需水平修改所述比特率。

根据本发明，通信协议提供的去往发送器的返回传输至少包括一个参数，该参数涉及发送器和接收器之间的网络中内容的通信条件，写入模块要按照使用该参数来传送调整提示的方式来修改该参数。

接收器的“处理能力”这种表达应该被理解为意味着接收器中适于对所接收到的数据进行处理的资源，例如适于对MPEG2流解码。因此，这些能力具体地可以包括数据处理速度(通常是CPU性能，CPU代表中央处理单元)、存储器容量(例如RAM存储器的容量，RAM代表随机访问存储器)、能耗和/或专用于处理内容的部件的存在(例如硬件解码器)。另一方面，这种定义排除了具有单纯流调整功能的实体，在这种情形中例如缓冲存储器。

出乎意料并且非典型地，接收器的处理能力被用来影响协议的参数，而该参数通常是专用于围绕网络循环的特性的。此外，该参数在返回传输到发送器之前被修改，这与在发送器级实现修改算法的已知技术大大不同。

由于在接收器(或者一组接收器)级这样做，所以该过程是更加令人惊讶的，其可以使发送器不用为适应发送器而进行调整的任何具体操作，即使该发送器没有关于接收器的处理能力的任何实现方式。这是通过对协议的参数作用而得到的结果，其中该参数通常是针对网络中的通信条件的，但是对其分配了附加的功能：以隐式地结合关于接收器能力的信息。

将接收器的处理能力与这一参数链接起来是出人意料的，即使是对于文献JP2001-257715的公开而言，该公开是关于缓冲存储器的能力的返回传输的(利用RTT时间)。具体地，缓冲存储器扮演直接涉及交换的流动性的角色，并且是数据在发送器和接收器之间行程时间的概念的自然延伸-当缓冲存储器中的队列增加时，减缓传输，并且RTT时间增加。这不是关于接收器的处理能力的，其与网络中的通信条件之间没有直接的明显关系。

具体地，本发明的调整设备在这一方面是非常有利的：其实现了调整比特率以适应接收器的处理能力的过程，这对发送器是完全透明的。后者实际上是根据协议的规定而起作用的，目的在于预防网络拥塞。

这一情形的必然结果是：不必修改发送设备，或者向它们加入专用设备。相反，符合通信协议的任何发送器都可以是合适的。只有接收器需要配备专用装置，它们或者通过在自身内部结合这些装置，或者通过在适当的附加系统中结合这些装置来配备这些专用装置。这一情形的另一结果是：不必修改协议，并且还不必定义额外的协议。因此，在接收器被调整的条件下，只要协议提供接收数据(包括涉及网络中通信条件的参数)的返回传输，本发明的调整设备就是可以应用的。

此外，对于将本发明的设备的技术与缓冲存储器的考虑相结合而言，也是有利的。这种情形中，优选地，通过修改协议的参数(该参数可以与被用于接收器的处理能力的参数相同)，直接考虑该缓冲存储器的容量。这样，如前所述，不必修改发送器，并且可以利用标准的通信协议。

本发明的调整设备能够使得不仅可以精确地适应接收器的处理能力，即使在这些能力随时间变化时也可以如此。优选地，使设备以完全自动的方式运行，包括在建立接收器的处理能力时。这样，所执行的操作对用户是完全透明的。

本发明的调整设备可以直接实现在用户接收终端中，例如以内部质量管理器的形式，其确定希望的传输比特率，然后相应地作用于所使用的一个或多个参数。也可以实现在放置于接收器和网络之间的独立系统中。例如这样的独立系统也可以与数个接收器相关联，并且考虑它们不同的处理能力。后一种实现方式在终端的地理定义组方面是尤其有用的，例如在建筑物或企业中。

接收数据优选地通过用于发送数据流的通信网络被返回传输。

根据一种优选形式的通信协议，所述通信协议是RTCP协议。本发明可以应用于点到点网络和协议，或者也可以应用于组播(用于一组终端)。

在协议的参数的第一优选实现模式中，参数被设计为用来计算发送器和接收器之间的往返传输延迟。协议的参数则有利地包括在接收器处引入的接收器接收内容的时刻与发送接收数据的时刻之间的延迟。具体地，在RTCP协议中，传输延迟是RTT时间，通过作用于接收内容与发送接收数据之间的被称作DLSR(代表“从上一发送器报告开始的延迟”)的延迟，在接收器级修改RTT时间。

在协议的参数的第二优选实现模式中，参数包括内容丢失率。具体地，在RTCP协议中，只要发送器使用TCP(代表“传输控制协议”)友好算法，就可以利用该丢失率p。

关于协议的参数的这两种实现方法可以被有利地组合，这样，调整设备能够修改这两类参数中的任一类，或者甚至可以一次修改两类参数。

选择DLSR作为用于修改RTCP协议的参数的优点在于：其可以应用于TCP友好算法之外的算法。实际上，无论发送器具有怎样的拥塞控制算法，当在接收器级实现调整设备时，该发送器都适于接收器的处理能力。此外，该参数避免了生成任何不必要的错误保护，这种错误保护是丢失率的使用所特有的。

另一方面，选择p作为RTCP协议(当该协议可以使用时)的修改参数的优点在于：其使得可以直接作用于所关心的参数，而DLSR参数的修改包括所获得的关于RTT时间的效果的不确定性，后者还取决于接收数据在接收器和发送器之间循环的速度。

有利地，写入模块能够通过参数的数次连续变化来修改协议的参数(或多个参数)。这种实现方式在不能在发送级处直接修改决定性参数而是通过辅助参数起作用时是尤其明智的。

具体地，这应用于DLSR参数，这使得可以不直接修改RTT时间。根据本实现模式，在接收器级处实现DLSR的连续增加，以便精确地调整内容流的比特率。对于该改进版本，丢失率的使用一方面保持了其避免这种反复的优点，另一方面解决了上述缺点。

在本发明的调整设备的改进实现模式中，调整设备不是仅仅考虑接收器的处理能力来调整内容的传输比特率。如已经提到的那样，在调整RTCP协议的RTT时可以包括缓冲存储器的容量。

具体而言，有利地，估计模块能够不仅根据接收器的处理能力的函数，而且根据接收器的能力的共享比率的函数来确定内容流的比特流应该达到的值。这样，可以管理接收器中并行处理的数个流的比特率，同时可能利用优先级。作为说明，某人可以决定这种流不应该占用超过30％的处理能力(例如，从CPU共享方面而言)，其他70％公平地在其他流之间分配。

优选地，设计输入模块和估计模块，从而使所述接收器的处理能力包括从数据处理速度、存储器容量、能耗和专用于处理内容的部件的存在中选择出的至少一个接收器性能标准。

本发明还涉及一种接收终端，其特征在于包括一种根据本发明的任何一种形式的用于调整比特率的设备。

本发明还应用于一种用于根据至少一个接收器的处理能力的函数来调整内容流的比特率的方法，其与本发明的设备相对应，并且优选地要通过本发明的任意一种实现模式来实现。有利地，该网络是点到点通信网络，并且内容流被连续传输(流传输)。

本发明还涉及一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当在计算机上执行该程序时，所述指令执行根据本发明的调整方法的步骤。“计算机程序产品”这种表达应该被理解为意味着一种计算机程序介质，其不仅可以由包含程序的存储空间(例如，盘或磁带)组成，而且可以由信号(例如电信号或光信号)组成。

附图说明

参考附图，通过下列决不是限制性的示例性实现和实施方式，可以更好地理解本发明，附图中：

图1图示了发送和接收组件的原理，其中接收器包括根据本发明的调整设备；

及图2详细描述了图1的接收器。

在这些附图中，所描述和图示的功能实体不必对应于物理上分离的实体，而是例如可以由一段相同软件的功能性或者由具有一个相同部件的电路组成。

具体实施方式

用于通过通信网络5进行发送和接收的组件(图1)包括内容CONT的发送器2和这些内容CONT的接收器1。根据用于通过网络5进行通信的协议，接收器1被设计为通过网络5向发送器2返回发送这些内容CONT的接收数据REP(代表“报告”)。具体地，这些内容REP包括一个和多个涉及内容CONT在网络5中的通信条件的参数，这些参数被发送器2用来以克服网络5中的拥塞问题的方式修改内容流CONT的比特率。

接收器1配备有比特率调整设备10，其能够修改上述参数。该调整设备10被设计为根据接收器1的处理能力的函数来估计内容CONT的流的所需比特率水平，并且相应地作用于参数，从而在发送器2级进行比特率的调整。

更明确地，接收器1除了调整设备10之外还包括用于测量接收器1的处理能力的模块14、连接到时钟20用于准备接收数据REP的模块15、以及用于发送这些数据REP的模块16。调整设备10在其这一部分中包括：

-用于输入关于接收器1的处理能力的信息的模块11，这些信息是由测量模块14传送的；

-用于估计内容CONT的流的所需比特率水平的模块12；

-和用于在数据REP中写入流调整提示的模块13，其与准备模块15进行通信，并且意在向模块15提供用于修改控制比特率的参数的指令。

根据所述的示例性应用，协议是RTCP，网络是因特网。

在第一示例性实现方式中，RTT(往返时间)的计算被用来向发送器2通知接收器1能够进行解码的比特率。

具体地，发送器2在与接收数据REP一起从接收器1接收到的延迟DLSR的基础上，计算RTT。RTT时间的计算模式基本上是RTCP协议所给出的如下方式：

上一时标SR(代表“发送器报告”)(LSR代表“上一SR”)：32比特-时标NPT(从源SSRC_n接收到的最近的SR分组的一部分)的64比特中的中间32比特。如果还没有接收到SR，则该字段被设置为0。

从上一SR开始的延迟(DLSR)：32比特-在从源SSRC_n接收到上一SR分组与发送接收报告块之间的延迟(以1/65566秒为单位表示)。如果还没有从SSRC_n接收到SR分组，则DLSR字段被设置为0。

源SSRC_n通过记录接收到接收报告块的时刻A，计算总的往返时间(A-LSR)，然后从总往返时间中减去延迟DLSR，可以计算出到SSRC_r(发送接收报告的接收器)的往返传播延迟：(A-LSR-DLSR)。

接下来，拥塞控制算法推导出所谓的TCP友好比特率，这使得可以在拥塞时降低发送比特率，就如同TCP协议(代表“传输控制协议”)将会做的一样。协议中所给出的算法如下：

比特率公式是：

$X=\frac{S}{R\sqrt{(2*b*p/3)+(t\_\mathrm{RTO}*(3*\sqrt{(3*b*p/8)*p*(1+32*p^2)}))}}$

其中：

X是以字节每秒为单位的传输速率；

s是以字节为单位的分组大小；

R是以秒为单位的往返时间(RTT)；

p是丢失事件率，在0和1之间，由丢失事件的数目除以传输的分组数目给出；

t_RTO是以秒为单位的重传空闲时间值；

b是由接收的单个TCP确认所证实的分组的数目。

通过逐渐增加在接收器处引入的延迟(DLSR)，人为地修改了RTT(R)，从而“使得”发送器2“认为”可用的比特率是接收器1可解码的比特率而不是可用的网络比特率5。

在第二示例性实现方式中，丢失率p的计算被用来向发送器通知接收器能够解码的比特率。为此，直接修改p。

Claims (12)

1、一种用于根据至少一个接收器(1)的处理能力的函数来调整内容(CONT)流的比特率的设备(10)，所述内容(CONT)被发送器(2)通过网络(5)传输到所述接收器(1)，所述接收器(1)根据通信协议向所述发送器(2)提供所述内容(CONT)的接收数据(REP)的返回传输，所述设备(10)包括：

用于输入涉及所述能力的信息的模块(11)；

用于至少根据所述信息的函数来估计所述比特率的所需水平的模块(12)；

和用于写入流调整提示的模块(13)，其要在去往所述发送器(2)的带有所述接收数据(REP)的返回传输中写入所述调整提示，所述调整提示能够根据所述所需水平修改所述比特率，

所述设备的特征在于所述通信协议提供的去往所述发送器(2)的返回传输至少包括一个参数，所述参数涉及所述发送器(2)和所述接收器(1)之间的所述网络(5)中所述内容(CONT)的通信条件，所述写入模块(13)要按照使用所述参数来传送所述调整提示的方式来修改所述参数。

2、根据权利要求1所述的调整设备(10)，其特征在于所述通信协议是RTCP协议。

3、根据权利要求1或2之一所述的调整设备(10)，其特征在于协议的所述参数(DLSR)要用来计算所述发送器(2)和所述接收器(1)之间的往返传输延迟(RTT)。

4、根据权利要求3所述的调整设备(10)，其特征在于协议的所述参数包括在所述接收器(1)处引入的、所述接收器(1)接收所述内容(CONT)的时刻与发送所述接收数据(REP)的时刻之间的延迟(DLSR)。

5、根据前述权利要求中任何一项所述的调整设备(10)，其特征在于协议的所述参数包括内容丢失率(p)。

6、根据前述权利要求中任何一项所述的调整设备(10)，其特征在于所述写入模块(13)能够通过所述参数的数次连续变化来调整所述参数。

7、根据前述权利要求中任何一项所述的调整设备(10)，其特征在于所述估计模块(12)还能够根据所述接收器(1)的所述能力的共享比率的函数，确定所述内容(CONT)流的所述比特率所能达到的值。

8、根据前述权利要求中任何一项所述的调整设备(10)，其特征在于设计所述输入模块(11)和估计模块(12)，从而使接收器(1)的所述处理能力包括从数据处理速度、存储器容量、能耗和专用于处理所述内容(CONT)的部件的存在中选择出的所述接收器性能的至少一个标准。

9、一种接收终端(1)，其特征在于包括根据权利要求1～8中任何一项所述的用于调整比特率的设备(10)。

10、一种用于根据至少一个接收器(1)的处理能力的函数来调整内容(CONT)流的比特率的方法，所述内容(CONT)被发送器(2)通过网络(5)传输到所述接收器(1)，所述接收器(1)根据通信协议向所述发送器(2)提供所述内容(CONT)的接收数据(REP)的返回传输，所述方法包括如下步骤：

至少根据涉及所述能力的信息的函数，估计所述比特率的所需水平；

向去往所述发送器(2)的带有所述接收数据(REP)的返回传输写入流调整提示，所述提示能够根据所述所需水平修改所述比特率；

所述方法的特征在于所述通信协议提供的去往所述发送器(2)的返回传输至少包括一个参数，所述参数涉及所述发送器(2)和所述接收器(1)之间的所述网络(5)中所述内容(CONT)的通信条件，在修改所述参数时，按照使用所述参数来传送所述调整提示的方式来写入所述提示，

所述调整方法优选地通过根据权利要求1～8中任何一项所述的调整设备来实现。

11、根据权利要求10所述的比特率调整方法，其特征在于所述网络(5)是点到点通信网络，并且所述内容(CONT)的流是被连续传输的。

12、一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当在计算机上执行所述程序时，所述指令执行根据权利要求10或11中任何一项所述的方法的步骤。

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