[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

本发明涉及通过电信网络传输视频信号。 

背景技术

通过诸如因特网的数据网络传输视频目前很普遍。为了接收这种信号，用户可以使用适当配置的计算机或者诸如“机顶盒”(STB)的其他接收机。STB越来越普及并且可以配备IP连接，该IP连接允许通过因特网流传输或下载诸如视频的内容。通过因特网传送的电视(通常被称为IPTV)是这种增长的服务的良好示例。 

当通过IP网络流传输视频数据时，不保证所发送的数据将到达其目的地。当网络经历拥塞或者其它问题时，数据包的传输将出现延迟并且一些包甚至可能丢失。 

为了提供更可靠的端到端的数据传送，通常使用传输控制协议(TCP)作为传输协议。实际上，由于很多原因而在视频流传输系统中普遍使用TCP，但是主要是因为TCP提供确保可靠传送并且管理网络拥塞的机制。例如，TCP实现可靠性的一种方式是使接收机必须向发射机确认接收了全部数据。如果在预定时间段之后数据包仍然未确认，则TCP假定没有收到该包并且发射机重传该相同的包。TCP管理拥塞的一种方式是通过作为网络中的拥塞的函数来减小数据的传输速率。 

考虑使用TCP传送多个视频流并且全部共享竞争网络的情形。当发生拥塞时，TCP拥塞控制算法将迫使全部流降低(back off)它们的传送速率，以使得能够清除拥塞。每个流以固定系数降低并且最终全部流将稳定在大致相同的带宽(假设相似的往返时间)。 

使用这种方法不是没有问题。如果带宽变得少于视频内容要求的带宽，则视频的播放将延迟(stall)，直到接收到足够的数据以重新开始播放为止。可以通过以下处理来缓解这种情形：通过在接收机处缓冲比播放所需的更快地预先接收到的数据，以及通过切换所发送的视频的质量，使得所需的带宽降低到少于或者等于网络现在提供的带宽。 

有时还通过TCP传送速率自适应、比特率可变的视频流，其中所发送的视频质量或者比特率随着时间而调节。然而，以上的拥塞情形仍然会发生，并且当网络拥塞时针对相同视频质量分别具有不同平均编码比特率的两个流仍将稳定到大致相同的经降低的传输比特率。这可能导致一些特别不希望的结果，其中第一个流初始以高比特率编码，诸如具有高帧活动性的视频序列，诸如体育序列，并且第二序列以低比特率编码，例如具有低帧活动性的视频序列，诸如新闻或者戏剧序列。 

当网络经历拥塞时，TCP将两个流的可用带宽削减(cut)为大致相同级别。这将影响第一个流，该第一个流以较高的比特率编码并且由此具有比第二个流更高的带宽要求，第二个流以较低的比特率编码并且由此仍将具有足够的带宽。换句话说，第一个高比特率的流将比第二个低比特率的流更明显地受影响，因为第一个流与第二个流被给予相同的经降低的带宽。这将导致向每个用户传送的视频的质量随着时间改变，并且质量根据用户观看的视频片段的类型而在用户之间改变。 

缓解TCP下经历的这些问题中的一些的流传输视频的另一途径是使用恒定比特率传送系统，其中视频流可用的比特率是固定的，例示通过数据的传输开始之前的预留方案。该传送方法容易管理，但是也不是没有问题。 

再次考虑以上的两个视频流的示例，其中第一个流具有活跃的帧，诸如体育片段，并且第二个流具有较不活跃的帧，诸如新闻片段。预留并且使用来传送两个流的比特率固定在预定速率(该预定速率被认为对大多数应用并且在针对两个流的这种情况下是足够的)。然而，第二个流实际上不要求那么多的带宽，因为在第二序列的活动性较低的情况下，编码的比特率能够比第一序列的低很多。使用该固定带宽传输的第二个流由此浪费其带宽的大部分。如果第二个流增加编码速率以利用预留的整个带宽，则得到的视频的质量很可能比第一个流高很多。然而，该质量的增加不一定如观众感知的那样明显，并且由此可能浪费。另外，具有该冗余带宽不是对网络资源的有效利用。 

当开始考虑在序列自身期间活动性改变的视频序列时以上问题突出。例如，相对静止的新闻宣读序列可能夹杂着非常活跃的足球片段的精彩画面。 

国际专利WO2008/119954描述了一种通过竞争网络传送视频流的方法，其中每个流以恒定质量传送。 

国际专利WO2004/047455描述了一种以分段恒定比特率通过网络传送可变比特 率序列的方法，其中每个段的速率单调减小。得到的比特率的曲线(profile)被称为“下楼”函数。