[发明专利]多视频流传输中的带宽分配控制

说明书

技术领域

本发明涉及电信网络中的视频信号传输，并且更具体地涉及对拥塞 的网络上的多视频流传输进行控制，使得各视频流根据编码质量而获得 公平(equitable)份额的带宽。

背景技术

如今，在诸如因特网的数据网络中传输视频是非常普遍的。为了接 收这样的信号，用户可以使用一个经过适当配置的计算机或例如“机顶 盒”(STB)的其他的接收机。STB变得越来越流行，并且很多STB具有 IP连接，以能够在因特网上对例如视频之类的内容进行流传输或下载。 通过互联网传送的电视(通常称为IP电视)是这种日渐增长的服务的一 个很好的例子。

当在IP网络中对视频数据进行流传输时，无法保证发送的数据能够 达到目的地。当网络遭受拥塞和其他问题时，数据分组的传输将会发生 延迟，一些分组甚至会丢失。

为了提供更加可靠的端对端数据传送，传输控制协议(TCP)经常 被用作传输协议。事实上，出于许多原因，在视频流传输系统中使用TCP 是非常普遍的，但主要是因为TCP提供了确保可靠传送的机制，并且对 网络拥塞进行管理。例如，TCP实现可靠性的一种方式是，强制接收机 向发送方确认任何接收数据。如果在一个预定的时段后一个数据分组仍 未被确认，则TCP假设这个分组没有被接收到，并且发送器重发同样的 分组。TCP管理拥塞的一种方式是降低作为网络拥塞的函数的数据传输 速率。

以使用TCP来传送多个视频流并且所有视频流共享一个竞争的 (contended)网络片段的情形为例。当拥塞发生时，TCP拥塞控制算法 将强迫所有的流降低它们的传送率(delivery rate)从而清除拥塞。各流 降低一个固定的因子并且最终所有的流将稳定在大约相同的带宽(假设 一个往返时间类似)。采用这种方法并不是没有任何问题的，因为特别不 希望视频流片段出现延迟。使用各种技术至少能够部分地消除这一问题， 例如使用接收机缓存区、丢弃个别片段以及依靠错误恢复的方法来替代。

有时还以可变比特率通过TCP来传送视频流。然而，上述的拥塞场 景仍然会发生，当网络拥塞时，两个分别具有不同比特率的视频流将仍 然稳定于大约相同的降低的比特率。这会导致一些特别不希望出现的结 果，其中第一流最初采用高比特率进行编码(例如一个帧活动程度很高 的视频序列，如体育视频序列)，第二序列采用低比特率进行编码(例如 一个帧活动程度很低的视频序列，如新闻或话剧视频序列)。

当网络中发生拥塞时，TCP将这两个流的可用带宽削减至大致相同 的水平。与以较低比特率进行编码并且因此仍然有足够的带宽对其低比 特率的流进行流传输的第二流相比，这种情况对以较高比特率进行编码 并因此而具有更高带宽要求的第一流的影响更大。换言之，第一高比特 率流受到的影响比第二低比特率流要显著得多，因为第一流被赋予了与 第二流相同的减小的带宽。这将使传送给各用户的视频的质量随着时间 而发生变化，并且用户间质量的变化取决于浏览的视频片段的类型。

另外一种消除在使用TCP时出现的这些问题中的一些的视频流传输 方式是采用恒定比特率传送系统，在该系统中在数据传输开始前视频流 可用的比特率是固定的(例如，借助于保留方案)。该传送方法更易于管 理，但仍存在其自身的问题。

仍然以上述两个视频流为例，其中，第一流具有高活动性的帧(例 如一个体育片段)，第二流具有不太活动的帧(例如一个新闻片段)。保 留的并且被用于传送这两个流的比特率固定在一个预定的速率(该速率 被视为足以用于大多数应用，此处该速率足以用于这两个流)。然而，第 二流实际上不需要这么多带宽，因为在第二序列中活动性极低，因此第 二序列的编码速率可以比第一序列的编码速率低得多。因此，使用该固 定带宽来传输第二流浪费了很多带宽。如果第二流增大编码速率从而利 用保留的整个带宽，则所得到的视频的质量将很可能大大高于第一流。 然而，这种质量提高不一定象观众感受到的那么显著，因此可能会被浪 费。此外，采用这种冗余带宽并不能充分利用网络资源。

当考虑在序列本身期间活动性变化的视频序列时，上述问题变得非 常的明显。例如，一个相对静止的新闻朗读序列可能穿插有高活动性足 球片段的精彩场面。

发明内容

本发明实施方式的目的就是解决上述问题中的一个或更多个。

根据本发明的第一方面，提供了一种对视频片段在通信网络上的传 输进行控制的方法，该方法包括以下步骤：