способ и устройство для назначения битовой скорости передачи данных для мультимедийной связи "точка - много точек"

Формула изобретения

1. Способ управления связью "точка - много точек", включающий: прием информации о состоянии канала для множества приемников группы связи "точка - много точек",

оценку искажения отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек" на основе принятой информации о состоянии канала и доступных битовых скоростей передачи кодированных данных,

выбор назначения битовой скорости передачи данных из доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, обеспечивающего оптимальное полное отношение сигнал/шум для передачи группе связи "точка - много точек", и

управление кодированием контента для группы связи "точка - много точек" в соответствии с выбранным назначением битовой скорости передачи данных.

2. Способ по п.1, в котором информация о состоянии канала включает первый дескриптор, указывающий доступную полосу частот, и второй дескриптор, указывающий частоту потери пакетов.

3. Способ по п.1 или 2, в котором обеспечение полного оптимального отношения сигнал/шум включает выбор битовых скоростей передачи кодированных данных, которые минимизируют суммарное искажение для множества приемников группы связи "точка - много точек".

4. Способ по п.1 или 2, в котором применяют кодирование с множеством описаний с многоуровневым кодированием мультимедийного контента, при этом каждому уровню назначают битовую скорость передачи данных, причем полное искажение отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек" оценивают путем вычисления оценки искажения отношения сигнал/шум для каждой комбинации доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, и выбирают битовую скорость передачи кодированных данных, которая минимизирует полное искажение отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек".

5. Способ по п.4, в котором битовую скорость передачи кодированных данных, которая минимизирует полное искажение отношения сигнал/шум, получают путем решения следующей задачи:



при условии, что , i {00,01,10,11}, s S,

,

где

, где i {00,01,10,11},

R - битовая скорость передачи данных,

В - полоса частот,

s - абонент,

S - набор абонентов,

Z - битовая скорость передачи данных исходного мультимедийного контента из источника контента,

p _i - вероятность успешного приема и

d_i - искажение уровней описаний при кодировании с двумя описаниями, вычисленное как функция битовых скоростей передачи описаний.

6. Способ по п.1 или 2, который применяют в центре обслуживания широковещания/группового вещания, выполненном с возможностью предоставления мультимедийной службы широковещания/группового вещания для множества пользовательских устройств группы связи "точка - много точек".

7. Устройство управления битовой скоростью, содержащее:

средство для приема информации о состоянии канала для множества приемников группы связи "точка - много точек",

средство для оценки искажения отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек" на основе принятой информации о состоянии канала и доступных битовых скоростей передачи кодированных данных,

средство для выбора назначения битовой скорости передачи данных из доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, обеспечивающего оптимальное полное отношение сигнал/шум для передачи группе связи "точка - много точек", и

средство для управления кодированием контента для группы связи "точка - много точек" в соответствии с выбранным назначением битовой скорости передачи данных.

8. Устройство по п.7, в котором информация о состоянии канала включает первый дескриптор, указывающий доступную полосу частот, и второй дескриптор, указывающий частоту потери пакетов.

9. Устройство по п.7 или 8, в котором средство для приема информации и средство для оценки искажения образуют модуль обработки мультимедийных данных, выполненный с возможностью:

запроса информации о состоянии канала у каждого из множества приемников группы связи "точка - много точек",

приема результатов измерений состояния канала,

запроса доступных выходных битовых скоростей передачи данных для выбранного кодека,

приема упомянутых доступных выходных битовых скоростей передачи данных и

оценки искажения отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек" на основе принятых результатов измерений и принятых выходных битовых скоростей передачи данных.

10. Устройство по п.7 или 8, в котором средство для выбора назначения битовой скорости выполнено с возможностью выбора битовых скоростей передачи кодированных данных, которые минимизируют суммарное искажение для множества приемников группы связи "точка - много точек".

11. Устройство по п.7 или 8, в котором средство для управления кодированием контента выполнено с возможностью применения кодирования с множеством описаний с многоуровневым кодированием мультимедийного контента, при этом каждому уровню назначается битовая скорость передачи данных,

средство для оценки искажения выполнено с возможностью оценки полного искажения отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек" путем вычисления оценки искажения отношения сигнал/шум для каждой комбинации доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, и

средство для выбора назначения битовой скорости выполнено с возможностью выбора битовой скорости передачи кодированных данных, которая минимизирует полное искажение отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек".

12. Устройство по п.11, в котором средство для выбора назначения битовой скорости выполнено с возможностью получения битовой скорости передачи кодированных данных, которая минимизирует полное искажение отношения сигнал/шум, путем решения следующей задачи:



при условии, что , i {00,01,10,11}, s S,

,

где

, где i {00,01,10,11},

R - битовая скорость передачи данных,

В - полоса частот,

s - абонент,

S - набор абонентов,

Z - битовая скорость передачи данных исходного мультимедийного контента из источника контента,

p _i - вероятность успешного приема и

d_i - искажение уровней описаний при кодировании с двумя описаниями, вычисленное как функция битовых скоростей передачи описаний.

13. Устройство по п.7 или 8, которое является центром обслуживания широковещания/группового вещания и/или функциональным контроллером медиаресурсов.

14. Машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу, включающую программные инструкции, выполнение которых в процессоре устройства управления битовой скоростью обеспечивает выполнение шагов способа по любому из пп.1-6.

15. Система для управления связью "точка - много точек", содержащая узел обслуживания связи "точка - много точек" и базовую сеть для передачи мультимедийного контента как службы связи "точка - много точек" множеству приемников службы связи "точка - много точек", а также содержащая устройство по любому из пп.7-13.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к назначению битовой скорости передачи данных в мультимедийной системе связи "точка - много точек".

Уровень техники

Существуют различные способы обеспечения по существу одновременной передачи мультимедийного контента множеству приемников. Групповое вещание, направленное на различные сценарии связи "один-со-многими", является технологией для одновременной передачи информации группе пользователей с преимуществом уникальной эффективности, поскольку копии информации создаются только тогда, когда маршруты пользователей разветвляются. Групповое вещание широко используется для доставки по сетям с пакетной передачей данных мультимедийного контента, такого как широковещательные видеопередачи и сетевые конференции. Групповое вещание стало существенным компоновочным блоком Интернет-протокола версии 6 (IPv6).

В зависимости от состояния сети и локальных вычислительных ресурсов, мобильные терминалы системы группового вещания могут иметь ограниченные возможности приема и воспроизведения мультимедийного контента в полном качестве, что приводит к худшему качеству его воспроизведения и восприятия пользователем. Например, «живая» трансляция видео с использованием Интерент-протокола (IPTV) со скоростью 256 кбит/с может превысить предел сети пакетной радиосвязи общего назначения (GPRS, General Packet Radio Service), а скорость 128 кбит/с для фильма в стандарте MPEG-4 может просто превысить вычислительную мощность большинства мобильных устройств.

Поэтому мультимедийный контент должен быть подстроен перед его передачей по сети. С этой целью используются известные способы уменьшения разрешения, отбрасывания кадров, преобразования типа кодирования или их комбинация. Важным подходом в решении этой проблемы является применение масштабируемого кодирования для эффективного использования возможностей сети и терминала. Мультимедийный поток может быть разделен на множество подпотоков, называемых «описаниями» (description). Каждое описание может быть далее разделено на базовый уровень (BL, base layer) и уровень расширения (ЕL, enhancement layer). При определении назначения битовой скорости передачи данных для каждого уровня требуется информация о полосе частот, доступной абонентам в сеансе связи группового вещания. Однако в прикладных средах доступную полосу частот, от которой зависит многоуровневое кодирование, невозможно точно и надежно получить априорно, поскольку на доступную полосу частот влияют многие динамические факторы, такие как перегрузка сети.

Ранее были разработаны схемы назначения битов с учетом полосы частот пользователя, но эти схемы оптимизированы для одного пользователя. Однако в типичной системе группового вещания должно быть оптимизировано общее качество видео для всей группы пользователей. Транскодер должен быть способен кодировать видеопоток так, чтобы удовлетворить требованиям всей группы пользователей, каждый из которых может иметь совершенно разные технические возможности.

Сущность изобретения

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предлагаются способ, устройство, система и компьютерный программный продукт, как указано в независимых пунктах формулы изобретения. Некоторые варианты выполнения настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предлагается способ, включающий: прием информации о состоянии канала для множества приемников группы связи "точка - много точек", оценку искажения отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек" на основе принятой информации о состоянии канала и доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, выбор назначения битовой скорости передачи данных из доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, обеспечивающего оптимальное полное отношение сигнал/шум для передачи группе связи "точка - много точек", и управление кодированием контента для группы связи "точка - много точек" в соответствии с выбранным назначением битовой скорости передачи данных.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предлагается устройство, содержащее: средство для приема информации о состоянии канала для множества приемников группы связи "точка - много точек", средство для оценки искажения отношения сигнал/шум для группы связи "точка - много точек" на основе принятой информации о состоянии канала и доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, средство для выбора назначения битовой скорости передачи данных из доступных битовых скоростей передачи кодированных данных, обеспечивающего оптимальное полное отношение сигнал/шум для передачи группе связи "точка - много точек", и средство для управления кодированием контента для группы связи "точка - много точек" в соответствии с выбранным назначением битовой скорости передачи данных.

Изобретение и различные варианты его выполнения обеспечивают несколько преимуществ, которые станут понятны из последующего подробного описания. Одно из преимуществ состоит в том, что может быть оптимизировано полное отношение сигнал/шум для группы связи "точка - много точек", и может быть назначена оптимальная скорость передачи данных группе связи "точка - много точек".

Список чертежей

Ниже будут описаны варианты выполнения настоящего изобретения, приведенные только в качестве примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показана система связи группового (многоадресного) вещания.

На фиг.2 показано устройство согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения.

На фиг.3 проиллюстрирован способ согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения.

На фиг.4 показана сигнализация согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения.

Описание вариантов выполнения настоящего изобретения

Рассмотренные ниже варианты выполнения настоящего изобретения даны в качестве примера. Хотя в описании используются выражения "один из вариантов", "один" вариант и "некоторые" варианты выполнения настоящего изобретения, это не обязательно означает то, что каждая такая ссылка относится к одному и тому же варианту (вариантам) выполнения настоящего изобретения, или что какой-либо признак относится к единственному варианту выполнения настоящего изобретения. Отдельные признаки различных вариантов выполнения настоящего изобретения могут быть также скомбинированы для образования других вариантов выполнения настоящего изобретения.

Были разработаны конкретные сетевые объекты и интерфейсы для управления передачей "точка - много точек" (РТМ, point-to-multipoint), такой как групповое вещание или широковещание. Например, в рамках Проекта сотрудничества по разработке систем третьего поколения (3GPP, Third Generation Partnership Project) мультимедийная служба широковещания/группового вещания (MBMS, multimedia broadcast/multicast service), определенная в документах 3GPP TS 23.246 (стадия 2) и TS 26.346 (стадия 3), предложена в качестве подсистемы для предоставления мультимедийного контента в глобальной системе мобильной связи (GSM, Global System for Mobile Communications) и универсальной системе мобильной связи (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System). На фиг.1 показана общая архитектура системы связи 3GPP со службой MBMS.

Группа абонентов MBMS, представленных пользовательскими устройствами (UE, user equipment) 100, может получить доступ к службе MBMS через сеть 110 радиодоступа GSM/EDGE (GERAN, GSM/EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution, улучшенные скорости передачи данных для развития GSM) radio access network) или наземную сеть 112 радиодоступа UMTS (UTRAN, UMTS terrestrial radio access network). Однако предлагаемое управление связью "точка - много точек" не ограничено использованием конкретных стандартных/нестандартных средств доступа к связи. Хотя на фиг.1 показаны сети 110 GERAN и 112 UTRAN, можно использовать другие существующие или будущие сети для доступа к службам MBMS, например, беспроводную локальную сеть (WLAN, wireless local area network). Служба MBMS может быть предоставлена, например, усовершенствованным центром обслуживания широковещания/группового вещания (eBM-SC, evolved Broadcast Multicast Service Center) посредством усовершенствованной пакетной системы (EPS, evolved packet system) и усовершенствованной сети UTRAN (E-UTRAN, evolved UTRAN).

Сеть 110, 112 доступа связана с базовой сетью, а для службы с коммутацией пакетов - с обслуживающим узлом поддержки GPRS 120 (SGSN, serving GPRS support node). Узел 120 SGSN дополнительно связан с домашним регистром 160 местоположения (HLR, Home location register) и шлюзовым узлом 130 поддержки GPRS (GGSN, gateway GPRS support node). Узел 130 GGSN связан с центром 140 BM-SC обслуживания широковещания/группового вещания, предоставляющим службу MBMS.

Центр 140 BM-SC обеспечивает функции для предоставления и доставки службы MBMS пользователю. Центр 140 BM-SC принимает контент от сервера 150 контента и управляет передачей контента в форме, подходящей для группового вещания или широковещания группе группового вещания или широковещания, состоящей из множества пользовательских устройств 100, с использованием режима группового вещания или режима широковещания, соответственно. Режим широковещания отличается от режима группового вещания тем, что в режиме широковещания нет специальных требований для активизации или подписки на службу MBMS.

Сервер 150 контента может являться частью инфраструктуры 3GPP или может быть связанным с инфраструктурой 3GPP, или передавать контент для центра 140 BM-SC через одну или более промежуточных сетей. Центр 140 BM-SC объявляет метаинформацию о мультимедийном контенте, такую как тип кодека и разрешение видеоизображения, позволяя участвующим клиентам решать, осуществлять ли подписку в зависимости от их параметров сети и вычислительных ресурсов. Для доставки мультимедийного контента по каналам передачи MBMS доступны способ доставки данных и способ доставки потока. Дополнительные детали о службе MBMS доступны в спецификациях 3GPP TS 23.246 (например, версия 8.2.0 2008-06) и TS 26.346 (например, версия 7.8.0 2008-06).

На фиг.1 показана упрощенная архитектура системы, в которой представлены только некоторые элементы и функциональные объекты, являющиеся логическими элементами, реализация которых может отличаться от показанной на чертеже. Специалисту очевидно, что системы также включают другие функции и структуры. Следует отметить, что эти функции, структуры, элементы и протоколы, используемые при передаче или для передачи кодированного мультимедийного контента от центра 140 ВМ-SC множеству пользовательских устройств (UE) 100 группы, не связаны с предлагаемым способом назначения битовой скорости передачи данных. Поэтому в данном описании они подробно не рассматриваются.

Однако применение вариантов выполнения настоящего изобретения не ограничено системой службы MBMS 3GPP или любой другой конкретной системой РТМ, но предлагаемое техническое решение может быть использовано, в общем, в системе связи, допускающей передачу РТМ контента множеству приемников по сети доступа. Система связи может быть стационарной системой связи, или системой беспроводной связи, или системой связи, использующей как стационарные сети, так и беспроводные сети. Развитие протоколов и технических требований к устройствам связи, особенно используемым в беспроводной связи, происходит быстро. Такое развитие может потребовать дополнительных изменений вариантов выполнения настоящего изобретения. Поэтому описание предлагаемых вариантов выполнения настоящего изобретения следует интерпретировать в широком смысле и рассматривать их как иллюстрирующие, а не как ограничивающие изобретение.

Мультимедийный поток для передачи "точка - много точек" (РТМ) может быть разделен на множество подпотоков, а именно описаний, предназначенных для выполнения различных требований к передаче, вычислениям и хранению. Каждое описание может быть дополнительно разделено на базовый уровень (BL, base layer) и уровень расширения (EL, enhancement layer). Хотя уровень расширения можно декодировать только в том случае, когда его соответствующий базовый уровень правильно принят и декодирован, между множеством описаний потока такой зависимости нет. На стороне абонентов 100 качество воспроизведения, обычно измеряемое отношением сигнал/шум (SNR, signal-to-noise), сильно зависит от того, сколько битов кодировано на каждом уровне, и принят ли успешно этот уровень. В литературе вместо термина «отношение сигнал/шум» используют термин «отношение пиковый сигнал/шум» (PSNR, peak signal-to-noise). В настоящем документе термин «отношение сигнал/шум (SNR)» следует понимать широко, как охватывающий также термин PSNR.

Простое многоуровневое кодирование зависит от априорного знания доступной полосы частот абонентов в сеансе РТМ для определения того, какая битовая скорость передачи данных должна быть назначена каждому уровню. Например, для абонентов, принимающих видеоданные со скоростью 128 кбит/с в сеансе связи с доступной полосой частот для скоростей 40 кбит/с, 80 кбит/с и 160 кбит/с, транскодер кодирует базовый уровень для получения скорости передачи 32 кбит/с, первый уровень расширения - для получения скорости передачи 32 кбит/с, второй уровень расширения - для получения скорости передачи 64 кбит/с, в зависимости от доступной выходной битовой скорости передачи кодеков.

В данном варианте выполнения настоящего изобретения предлагается модель для оценки отношения сигнал/шум для группы РТМ в каналах с потерями. Использование этой модели для определения и выбора оптимальных битовых скоростей передачи данных позволяет улучшить полное отношение сигнал/шум. Процесс определения может быть выполнен один раз на стадии инициализации сеанса РТМ, запущенного конкретным событием, или динамически подстраиваться через заданные интервалы времени в процессе проведения этого сеанса связи.

На фиг.2 показана структурная схема, иллюстрирующая технические признаки устройства 200 согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Хотя устройство 200 изображено как один объект, различные модули и память могут быть выполнены в одном или более физических или логических объектах.

Устройство 200 содержит модуль связи для получения информации о состоянии канала для множества приемников группы РТМ и модуль 220 оценки, связанный с модулем 210 связи, для оценки искажения отношения сигнал/шум для группы РТМ на основе принятой информации о состоянии канала и доступных битовых скоростей передачи кодированных данных.

Кроме того, устройство 200 содержит модуль 230 выбора, связанный с модулем 220 оценки, для выбора назначения битовой скорости передачи данных, обеспечивающего оптимальное отношение сигнал/шум для передачи группе РМТ. Устройство 200 также содержит модуль 240 управления, связанный с модулем 230 выбора, для управления кодированием контента, передаваемого группе РТМ в соответствии с выбранным назначением битовой скорости передачи данных. Модуль 210 связи выполнен с возможностью передачи различных выходных сигналов, информации и сообщений, таких как управляющий сигнал, кодеру от модуля 240 управления, или для этой цели может иметься отдельный модуль передачи.

Следует отметить, что модули, показанные на фиг.2, даны только для иллюстрации, и может использоваться больше или меньше модулей для реализации функций, относящихся к предлагаемому управлению связью РТМ. Например, устройство 200 может включать модуль анализатора «скорость-искажение» (rate-distortion, R-D), выполняющий функции модулей 210-240, как будет показано ниже при рассмотрении фиг.3 и 4. Устройство 200 может включать различные функции. Например, в одном из вариантов выполнения настоящего изобретения устройство 200 включает транскодер, которым управляет модуль 240 управления, вместо того, чтобы управлять внешним по отношению к устройству 200 транскодером.

Ниже функциональные возможности устройства 200 будут описаны более подробно со ссылками на фиг.3-4. Следует отметить, что устройство может включать другие модули, используемые в других функциях или для других функций. Однако они не имеют непосредственной связи с предлагаемым изобретением и поэтому подробно не рассматриваются.

Устройство 200 может быть любым узлом, сервером или хостом, который способен анализировать информацию о состоянии канала и управлять скоростью передачи данных РТМ на основе оценки искажения отношения сигнал/шум, вычисленного на основе принятой информации о состоянии канала и доступных битовых скоростей передачи кодированных данных. Некоторые варианты выполнения такого устройства 200 раскрыты ниже.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения устройство 200 является устройством, функционирующим в качестве центра 140 BM-SC системы 3GPP MBMS и/или функционального контроллера мультимедийных ресурсов (MRFC, Media Resource Function Controller) мультимедийной подсистемы на основе протокола Интернет (IMS, IP Multimedia System) 3GPP IP. Однако реализация устройства 200 не ограничена конкретными стандартизованными сетевыми элементами, и в общем случае оно может быть выполнено как мультимедийный модуль управления РТМ или мультимедийный модуль обработки (MPU, multimedia processing unit).

Таким образом, устройство 200 включает не только известные технические средства, но также и средства для реализации некоторых или всех функций, связанных с управлением назначением битовой скорости передачи данных PRM, как подробно поясняется ниже. Устройство может включать отдельные средства для каждой отдельной функции, или эти средства могут осуществлять две или более функций.

Предлагаемые устройства связи включают процессоры и память, которые могут использоваться в одном из вариантов выполнения настоящего изобретения. Например, модули 220, 230, 240 могут иметь программное обеспечение, модуль или блок, способный выполнять арифметические операции или содержащий программу (включая дополнительную или обновленную программную процедуру), выполняемую процессором. Программы, также называемые программным продуктом, включающие программные процедуры, приложения и макросы, могут храниться на любом машиночитаемом носителе и включают программные инструкции для решения конкретных задач. Все изменения и конфигурации, необходимые для реализации функциональных возможностей вариантов выполнения настоящего изобретения, могут быть выполнены как программные процедуры в виде дополняемых или обновляемых программных процедур, специализированных интегральных схем (ASIC) и/или программируемых схем. Кроме того, программные процедуры могут быть загружены в устройство.

Устройство, такое как сервер или соответствующий компонент сервера, может быть выполнено в виде компьютера или микропроцессора, такого как однокристальный компьютерный элемент, включающий по меньшей мере память для обеспечения области хранения для арифметических операций и процессор для выполнения арифметических операций. Одним из примеров процессора является центральный процессор. Память может быть съемной памятью.

На фиг.3 проиллюстрирован способ согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения. На шаге 300 имеется необходимость выбора назначения битовой скорости передачи данных РТМ, например, при групповом вещании с использованием Интернет-протокола. Этот шаг может быть введен на стадии инициализации сеанса связи РТМ в ответ на обнаружение конкретного события или, например, может происходить динамически через заданные интервалы времени в процессе работы.

Информацию о состоянии канала запрашивают на шаге 310 для множества приемников, принадлежащих группе РТМ. Эту информацию можно запрашивать для всех или только для некоторых приемников группы РТМ. Эта информация может быть запрошена от оконечных приемных устройств РТМ или сетевого объекта, уже обладающего такой информацией. Эта информация может быть получена по запросу посредством процедуры измерения параметров канала между транскодером и каждым приемником группы РТМ. Информацию о состоянии канала для приемников группы РТМ принимают на шаге 320.

Искажение отношения сигнал/шум оценивают на шаге 330 для группы РТМ на основе принятой информации о состоянии канала и доступных битовых скоростей передачи кодированных данных. Информация о доступных битовых скоростях передачи данных может быть запрошена и принята из транскодера или может быть легко доступна в устройстве 200, реализующем способ, показанный на фиг.3.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения на шаге 330 производят генерацию оценки путем вычисления оценки искажения отношения сигнал/шум для каждой комбинации доступных битовых скоростей передачи кодированных данных для обеспечения определения оптимальной битовой скорости передачи данных для передачи РТМ в группу РТМ.

Назначение битовой скорости передачи данных, обеспечивающее оптимальное полное отношение сигнал/шум для передачи в группу РТМ, выбирают на шаге 340 на основе сгенерированной оценки отношения сигнал/шум. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения на шаге 340 выбора выбирают битовые скорости передачи кодированных данных, которые минимизируют суммарное искажение мультимедийной информации для группы приемников. Следует отметить, что, хотя полное отношение сигнал/шум оптимизировано для всей группы, отношение сигнал/шум может быть вычислено только для части абонентов группы.

На шаге 350 управляют кодированием контента в группе РТМ в соответствии с выбранным назначением битовой скорости передачи данных. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения транскодером, принимающим контент от источника контента, управляют для кодирования контента в соответствии с выбранной битовой скоростью передачи данных, которая признана наиболее подходящей для текущих условий сети для всей группы РТМ. Ниже иллюстрируются дополнительные варианты выполнения настоящего изобретения для группового вещания.

Согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения, информация о состоянии канала включает первый дескриптор, указывающий доступную полосу частот, и второй дескриптор, указывающий частоту потери пакета. Следовательно, доступная в настоящее время полоса частот и частота потери пакета могут быть получены на шагах 310 и 320.

В некоторых случаях приемники группы РТМ или устройство 200, реализующие способ, показанный на фиг.3, могут знать информацию о состоянии канала заранее, поэтому они могут ответить на запрос 310 непосредственно. Однако во многих случаях сеть является настолько динамической, что эти две стороны должны взаимодействовать для проведения измерений в канале для получения достоверной информации о параметрах состояния канала. Для этого может потребоваться несколько циклов обмена сообщениями между приемниками и устройством 200.

Примерами способов, которые могут применяться для получения информации о полосе частот и частоте потери пакета, являются алгоритмы на основе тестирования пакетной парой и потери/задержки пакетов. В отношении дополнительной информации о тестировании пакетной парой можно сделать ссылку на документ "Estimating Available Bandwidth Using Packet Pair Probing", Ningning Hu, Peter Steenkiste, September 9, 2002, CMU-CS-02-166, доступный по адресу www.cs.cmu.edu/~hnn/papers/igi-tr.pdf. В отношении дополнительной информации об алгоритме на основе потери/задержки пакетов, можно сделать ссылку на документ "The Loss-Delay Based Adjustment Algorithm: A TCP-Friendly Adaptation Scheme", Dorgham Sisalem, Henning Schuizrinne, доступный по адресу http://www.cs.columbia.edu/~hgs/papers/Sisa9807_Loss.pdf.

Согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения, вычисляют оценку искажения полного отношения пиковый сигнал/шум для группы группового вещания и выбирают битовые скорости передачи кодированных данных, которые минимизируют искажение для полного отношения пиковый сигнал/шум (PSNR) для группы группового вещания. Рассмотрим этот вариант выполнения настоящего изобретения более подробно.

В следующем варианте выполнения настоящего изобретения применена, вследствие ее популярности, схема кодирования с двумя описаниями (DDC, double description coding), в которой видеопоток разделяется на два описания, и каждое описание далее кодируется в базовый уровень и уровень расширения, которые могут иметь различные уровни управления качеством обслуживания (QoS, quality of service). Однако применение признаков настоящего изобретения не ограничено конкретной схемой кодирования, и можно использовать другие схемы кодирования с множеством описаний (MDC, multiple description coding).

Для упрощения рассмотрения предполагается, что данные контента для различных уровней одинаково защищены от ошибок в канале передачи. Также предполагается, что для наших целей в системе доступен по меньшей мере один механизм измерения параметров канала, такой как алгоритм на основе пакетной пары или эвристический алгоритм на основе потери/задержки пакетов. Однако настоящее изобретение не ограничено использованием этих механизмов.

Пусть для абонента s из набора S символ В обозначает измеренную доступную полосу частот. Далее, пусть Р обозначает частоту потери пакета на уровне

Р_i=(0,1], i {1, 2, 3, 4} и

, {i, j} {1, 2, 3, 4}

где - двоичная переменная, которую устанавливают в 1, если приемник или абонент j желает принять уровень i (например, из-за ограничений возможности воспроизведения), а в противном случае .

Тогда вероятность успешного приема для каждого уровня можно представить следующим образом:

Верхние индексы b и е параметра р обозначают соответственно базовый уровень и уровень расширения, и нижние индексы обозначают, успешно или нет принят уровень. Например, означает, что базовый уровень первого описания принят правильно, но базовый уровень второго описания принят неправильно.

На основе этого для абонента s в наборе S абонентов отношение PSNR может быть измерено искажением, обусловленным потерей пакета

Например, абонент s соглашается принять оба уровня первого описания и базовый уровень второго описания, в результате чего X^s={1,1,1,0}, так что

где искажение d(.) является функцией битовых скоростей передачи описаний.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения искажение d(.) следует из модели «скорость-искажение», предложенной в работе М.Alasti, К.Sayrafian-Pour, A.Ephremides, and N.Farvardin, "Multiple description coding in networks with congestion problem", IEEE Trans, on Information Theory, 47(3):891-902, Mar. 2001 M., которая включена в настоящее описание путем ссылки. Эта модель «скорость-искажение» рассмотрена в разделе III.

Поэтому задачу решают минимизацией по всем значениям D отношения PSNR:

Задача 1:

при условии, что , i {00, 01, 10, 11},

,

где Z - битовая скорость передачи исходного мультимедийного контента от источника контента. Имеются два варианта решения Задачи 1. Во-первых, решение R*=argmin D может быть найдено путем поиска во всем пространстве решений, если R может принимать только ограниченное количество дискретных значений. В противном случае оптимальное решение должно быть найдено численно. На практике, с учетом того, что у кодеков, используемых транскодером для передачи группового вещания, имеется только К доступных выходных битовых скоростей, и К обычно имеет небольшие значения (например, ряд широко применяемых адаптивных многоскоростных кодеков AMR допускает выбор из 8 битовых скоростей передачи данных в диапазоне от 12,2 кбит/с до 4,75 кбит/с), для большинства случаев должен подходить первый вариант, который приводит к сложности о(Кⁿ) вычисления, что должно быть осуществимо для большинства практических случаев, например, для кодирования с двумя описаниями (DDC) (в схеме DDC имеется всего 4 уровня, так что n=4).

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения схема назначения битовой скорости реализована рядом с транскодерами, расположенными в транспортной плоскости сети. В другом варианте выполнения настоящего изобретения для реализации по меньшей мере некоторых из функций предлагаемого изобретения имеется функция медиаресурса (MRF) мультимедийной подсистемы IP (IMS) 3GPP.

На фиг.4 показана система, включающая вышеуказанные варианты выполнения настоящего изобретения. В модуле 402 обработки мультимедийных данных имеется анализатор R-D, такой как функция MRF подсистемы IMS 3GPP. Анализатор R-D взаимодействует 400 с модулем 404 оценки канала для формирования двух ключевых дескрипторов канала: полосы В частот и частоты Р потери пакета. Модуль оценки канала доставляет 410 в анализатор R-D результаты измерений, включая дескрипторы В и Р.

Анализатор R-D получает 420 из транскодера набор доступных битовых скоростей передачи данных для выбранного кодека. Анализатор R-D определяет 430 оптимальное назначение битовой скорости R* передачи данных путем решения Задачи 1. Затем анализатор R-D передает 440 значение R* в транскодер.

Выбранный кодек в транскодере конфигурируется 450 с использованием значения R* и кодирует мультимедийный контент, поступающий от источника контента. Затем транскодер может передать обработанный мультимедийный контент от провайдера контента или базы данных абонентам по сети посредством группового вещания.

В одном из вариантов выполнения изобретения для подсистемы IMS 3GPP анализатор R-D может находиться в контроллере MRFC, тогда как транскодер находится в функциональном процессоре медиаресурсов (MRFP, Media Resource Function Processor). В этом случае протокол Н.248, используемый в интерфейсе Мр между контроллером MRFC и процессором MRFP, может быть легко расширен для поддержки передачи между анализатором R-D и транскодером сообщений, необходимых для описанных выше функций. Протокол Н.248 управления шлюзом определен в документе IETF RFC 3525 "Gateway Control Protocol Version 1", C. Groves et al., June 2003.

Однако следует отметить, что интерфейс управления между транскодером и контроллером 250 устройства 200, показанного на фиг.2, или анализатором R-D, показанным на фиг.4, не ограничен конкретным протоколом, и можно применять существующие или будущие стандартизированные или частные протоколы.

Настоящее изобретение обеспечивает большие преимущества. Во-первых, путем включения модели искажений, как было описано выше, предлагаемые способ и устройство позволяют прогнозировать и полностью оптимизировать отношение (P)SNR для абонентов в группе РТМ, в результате чего повышается качество мультимедийной связи РТМ. С помощью настоящего изобретения можно улучшить общее качество видео для всей группы пользователей; типичным случаем является групповое вещание, при котором транскодер должен быть способен кодировать видеопоток так, чтобы удовлетворить требованиям всех пользователей группы, имеющих весьма разные технические возможности.

Предлагаемые функциональные возможности могут быть легко интегрированы в существующие системы. Предлагаемые функциональные возможности не зависят от конкретных систем, поэтому они могут быть реализованы в различных сетях, которые поддерживают связь РТМ.

Шаги, сигнализация сообщений и соответствующие функции, описанные выше, не подразумевают абсолютного хронологического порядка, и некоторые из шагов могут быть выполнены одновременно или в порядке, который отличается от представленного в этом описании. Кроме того, между шагами или внутри шагов и других сигнальных сообщений, передаваемых между показанными сообщениями, могут быть выполнены другие функции. Некоторые из шагов или часть шагов могут быть опущены или заменены соответствующими шагами или частью шага. Например, в альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения информацию о состоянии канала не запрашивают (шаг 310) отдельно, а такая информация может уже быть доступна для генерации оценки искажения.

Специалисту очевидно, что по мере развития технологии концепция изобретения может быть реализована различными способами. Изобретение и варианты его выполнения не ограничены примерами, описанными выше, и могут меняться в пределах объема формулы изобретения. Признаки вариантов выполнения настоящего изобретения, описанные выше, могут быть объединены во всевозможных комбинациях способов, устройств, модулей, систем и компьютерных программных продуктов. Комбинации элементов пунктов формулы изобретения могут быть изменены различными способами в пределах объема различных вариантов выполнения настоящего изобретения.