通信系統,發射機,保護傳輸差錯的方法
2023-08-02 06:58:26 2
專利名稱：通信系統,發射機,保護傳輸差錯的方法
技術領域：
本發明涉及保護基本的數字數據幀的傳輸差錯的方法，基本的數字數據幀包括不同優先權的基本的數據，以便在通信信道上提供保護傳輸差錯的數據幀。
它還涉及一種通信系統，該系統包括通過通信信道發送基本的數字數據幀到接收器的發射機，所述發射機裝備適合的裝置以便實現在上面提到的方法。
一般地它在多媒體數據的通信系統中有很多的應用，正如特別在經過移動的或者有線網絡的可視電話類型的應用中的情況。
歐洲的專利公開no.0680 157Al描述用於控制保護由發射機通過傳輸路徑發送到接收機的數據發送差錯的方法和系統。這個方法通過在傳輸路徑中可用的通帶的優化的利用率執行發送的數據保護。為了獲得此目的，發送的數據劃分成在第一時間期間中的不同的重要性級別，和在第二時間期間中根據增加冗餘數據的目的的算法進行編碼。這個增加冗餘數據考慮了發送的數據的重要性等級，以便變化保護的程度。
根據現有技術文件執行的保護傳輸差錯的方法有許多缺點。
首先，預先定義保護的功率，即這個方法不考慮傳輸質量中的任何變化，它可以放入於發送數據的保護功率的問題中。因此這個方法缺乏數據保護對變動傳輸條件的適配，在這些條件下它一方面導致傳輸路徑通帶的不良的佔用，而且另一方面還導致發送數據的不良的保護。
此外，描述的該方法隱含嚴格的結構的實施，使得它需要預先定義被保護的數據的重要性級別的數量。結構的這個嚴格性產生了要對每個重要性級別執行用於數據處理的過程。因此當有重要性的級別時，就有許多處理過程，導致低靈活性的昂貴的解決方案。
通過建議一個通信系統、發射機以及為著要保護經過通信信道以選擇地方式發送的基本的數據幀的方法，本發明具有在很大程度上補救這些缺點的目的，選擇地方式是比在現有技術文件中描述的方式更可靠和價格比較低廉。
為了獲得這個目的，本發明其特徵在於該保護方法包括表徵裝置，用於表徵基本數據的每個幀的優先等級，和FEC類型抵消傳輸差錯的保護裝置，用於將冗餘數據分組加到基本數據的幀中以便搜索保護，冗餘數據的數量是所考慮的基本幀的優先權等級和通信信道差錯率的函數，所述保護裝置經過該通信信道傳送保護數據的所述幀。
根據本發明的保護方法包括通用序列的處理步驟，引導保護的數據的傳送抵消在通信信道上的傳輸差錯。這個序列的處理步驟用於被保護的所有的基本數據抵消該差錯。在第一時間期間，其中假定基本的數據是各種類型的，執行它們的類型的檢測。隨後利用對應表確定關於基本數據的優先權，一方面用於通知保護步驟執行抵消它的差錯的保護，另一方面用於判定關於保護所述基本數據的可能性或者必要性。實際上，傳輸差錯保護步驟包括將冗餘信息增加到基本的數據，以使如果判定這將導致太大的增加經過通信信道發送的數據的數量，或者如果判定該數據的優先權是足夠地低，不提供它們抵消該差錯的保護，它可能不保護一些類型的數據。FEC(前向糾錯)類型的防差錯步驟使得它可能根據所述基本數據、它們的相關的優先權、和代表通信信道質量的值，提供所述保護數據。該FEC類型保護步驟例如根據分組傳輸RTF(實時傳送協議)的範圍的標準的IETF RFC2733使得它可能考慮冗餘信息的優先權將許多的冗餘信息加到每個類型的基本數據，在同時所述值代表通信信道的質量。實際上，冗餘信息量部分是較大的，當基本數據的優先級是較高的和當通信信道的質量是較差時。因此上述的方法是通用的，因為執行與處理的基本數據的類型無關的單個處理序列，是比較低廉的，因為處理序列是不隨著不同類型的基本數據的函數倍增的，並且是靈活的，因為加到基本數據的冗餘數據的數量適用於通信信道的當前的質量。
本發明還涉及形成通信例如無線電話類型的系統的一部分的發射機，如上所述其操作可能受益於抵消差錯的保護可能性。實際上本發明提供用於所述基本數據的通用組的處理步驟，以便給接收機發送抵消傳輸差錯保護的數據。因此發射機以適用於數據的優先等級和傳輸信道質量的方式控制發送的數據的冗餘電平，同時在傳輸信道通帶的佔用和抵消差錯保護的等級之間保護最佳的折衷。
本發明的這些方面以及其它更詳細的方面從下面參照附圖的描述中變得更清楚了，所有的是以實例的方式對本發明不是限定。在附圖中
圖1是表示根據本發明的不同操作序列的方框圖，和圖2是根據本發明代表包括發射機的通信系統的圖。
圖1圖解地表示引導到由發射機經過通信信道發送的基本數據的保護的各個步驟。各個步驟的序列101使得它可能從基本數據109開始提供抵消傳輸差錯的保護的數據107和/或者未對差錯進行任何保護處理的數據108。基本數據109對應於例如由音頻/視頻編碼器發出的或者更通常由數字多媒體數據源發出的數字數據幀。這些基本數據幀例如以MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4或者H.263系列的音頻/視頻編碼器發出的，或者來自使用標準H.324或H.323的應用。這類數據具有以下特性它包括在解碼期間可能被識別和同步的不同類型的數據。在本發明的範圍中，以優先等級翻譯和變換這些不同類型的數據。實際上，有用於這種數據的一些分層結構，使得它可能描述由所述源提供的信息內容。例如，如果基本數據109涉及根據MPEG-2或MPEG-4標準編碼的視頻數據，關於視頻目標(VO)，視頻目標層(VOL)，視頻平面組(GOV)，視頻目標平面(VOP)和視頻分組(VP)的數據定義降低優先權的交錯分級結構，其中最好保護關於抵消差錯圖像的數據，即具有最高的優先權的那些數據。為此目的提供檢測步驟102，用於檢測數據類型或者基本數據幀109，以便分配給它們一個優先等級。這個檢測是根據基本數據109的編碼句法的分析，特別是指各種標題中包含的句法的關鍵字。在本發明的另一個變型中，它可能不執行數據109的類型的檢測，這類型信息是直接地由外部的單元提供的，諸如編碼器或者提供數據109的信源。這個替代路由參考110。一旦知道了基本數據的類型，在步驟103，所述類型信息和優先等級之間建立一個對應。在下面更詳細地說明的這個步驟包括對應表的實施，其中用戶具有預先建立的每個類型數據和優先等級之間的對應。一致的數量不受任何限制的限定，以使這個方法可以適用於包含在向前處理中來自這個等級的不同編號的數據類型的不同數據源。為此目的它足夠提供包括許多一致的對應表，它足夠地大，意味著如果基本數據包括少量類型，它們可能根本不使用。因此步驟103提供關於基本數據的優先級或者數據幀109的值。根據這個優先等級的值，數據109抵消傳輸差錯有效地保護了，或者作為選擇不受到任何補充的處理。單元106承擔進行這個選擇，確定通過處理序列101的基本數據109的路徑。實際上它可能決定不保護低優先級的基本數據，意味著或者出現不調整保護的低重要性的數據，或者出現傳輸之後可能重建的數據，即使它們有很多的差錯。在這些情況下，數據109不抵消差錯保護，以便不使發送基本數據的通信信道的通帶負擔不必要的過重。在相反的情況下，即其中判定基本數據的優先級是足夠地高，單元106轉換數據109向著防差錯步驟104。這個保護步驟為了它的目的將冗餘數據加到基本數據109，以便允許傳輸之後重建這些基本數據，如果在它們的傳輸期間也遭受很多的差錯。步驟104使得它可能通過以具體的和創新的方式實踐FEC類型算法來輸送抵消傳輸差錯的保護的數據107。為此目的本發明提供在冗餘量在意義上選擇地保護基本數據，例如考慮基本數據的優先權，表示成基本數據的字節數量的百分比，這個冗餘增加是加到該基本數據。換言之，加到基本數據的冗餘百分比成比例加大，當它的優先等級是較高時。本發明的這個方面在下面更詳細地說明，以這種方式，可能保證重要的數據的最佳的保護，同時沒有經過通信信道發送加到低優先級等級的基本數據的冗餘數據，意味著通信信道沒有不必要的負擔。保護步驟104除了接收數據109和表示它們的優先等級的值之外，接收代表傳輸信道質量Q的值105。這個值例如是在一定的時間期間從這個信道丟失的數據幀的數量中估計的通信信道差錯率的函數，估計是在遠程設備級進行的，並且這個估計步驟的結果發送給發射機。以這種方式，加到基本數據的冗餘量以通信信道的這個質量值調製加到基本數據的冗餘量成比例提高，當這個質量值指示較高的差錯率時。因此基本數據根據通信信道的質量的任意的值是不保護的，但是改為根據表示這個信道的實際的特性的質量值保護的程度完全地適用於數據的傳輸條件。
因此通過共同地執行的雙重的策略保證抵消傳輸差錯的保護，以便能夠將冗餘數據的數量加到基本數據，該策略包括根據基本數據的優先等級進行冗餘數據的第一數量的估計，第一數量成比例提高，當優先等級是較高時，根據表示可靠性和通信信道質量的一個值執行的這個多餘數據的第一數量的調製，調製採取冗餘數據數量增加的形式，當通信信道不可靠或當傳輸的差錯率是較高時，該增加成比例加大，冗餘數據的增加明顯地由傳輸信道的最大的通帶限定。
圖2表示根據本發明包括發射機的通信系統。這個通信系統包括一個發射器E，它通過有線的或者無線電波類型的通信信道217與接收機R通信，接收機R接收該保護數據，以便例如在多媒體應用中使用它們。這個通信系統例如對應諸如視頻數據流、點播電視或者可視電話的應用，並且使用H.323標準(使用傳輸協議RTP)用於在網際網路上的視頻傳輸，或者H.324標準(根據H.223標準使用該傳輸協議)關於可視電話類型的應用、或者GSM類型的應用、或者根據藍芽標準的應用。
發射機E包括基本數字數據的信源218或者例如由伺服器或者由音頻/視頻編碼器發出的並且發送給模塊201的數據幀209用於抵消差錯的保護。平行於這些基本數據，模塊201接收表明傳輸信道217質量的信號205。為此目的，可能使用根據標準RCF 1889IETF與RTP協議共同地定義的RTCP(RTP控制協議)協議，使用該統計使得可能傳送關於通信的質量諸如從最後的分組RTCP在接收機R級接收以來丟失的數據分組的數量。通信信道質量的這個估計由部件225執行，它通過信號205發送它的估計結果給發射機。但是任何其它裝置例如專用裝置可以用於傳送表明傳輸信道質量的信息205。正如參照圖1描述的，模塊201提供沒有保護的數據208或者根據基本數據209通過增加冗餘數據保護的數據207，基本數據的保護程度取決於它們的優先等級和傳輸質量217兩者。現在根據RTP協議應用給出下列說明，但是本發明不限制於此。
在優選實施例中，認為通信系統能夠根據本發明的發射機和接收機之間的MPEG-4標準通過使用藍芽標準的通信信道執行編碼的數據的傳輸。在這種情況下，和按照該用戶的要求，GOV(視頻目標平面組)型的視頻數據、運動矢量數據MV和結構(TEXTURE)數據構成三類型的降低優先權數據Pp(GOV)＞p(MV)＞p(TEXTURE)。實際上高優先級可能給予GOV型，中優先級給予MV型，和低優先級給予TEXTURE型，認為後者類型的數據對該應用不是不可缺少的以及這些數據的差錯或者丟失的損害僅僅是低程度的。因此由用於一定的通信信道質量Q1的模塊201定義基本數據的三個程度的保護a)增加100％的冗餘數據到GOV型數據，b)增加50％的冗餘數據到MV型數據，c)增加5％的冗餘數據到結構型數據。
對於經過通信信道的傳輸質量Q2比前面的例子中更差，即Q2＜Q1，這時基本數據的三個程度的保護由以下定義a)增加200％的冗餘數據到GOV型數據，b)增加60％的冗餘數據到MV型數據，
c)不增加冗餘數據到結構型數據。
在冗餘數據數量不僅僅取決於該數據的優先權而且還取決於通信信道質量的意義上，這個例子是用於量化加到基本數據的上述雙重策略的理想的說明這裡，在Q＝Q2的情況下，和與其中Q＝Q1的情況比較，冗餘數據主要地疊加在GOV數據上，作為抵消MV型數據，冗餘數量僅僅增加一點點，一方面因為它們不具有高優先級，另一方面以便不使通信信道飽和。至於結構型數據，如果Q＝Q2根本沒有增加冗餘數據，因為它們的優先等級是最低的和因為全部保護努力目的是GOV型數據。結構型數據是通過通信信道發送的而不抵消差錯保護，傳輸可以通過FEC保護模塊(而不增加冗餘數據)或者在所述通信信道上通過基本數據的簡單的交換獲得。
以類似於GOV、MV和結構數據的方式，具有不同優先級的其它數據可以在通過通信信道發送之前選擇電保護。在MPEG-4標準內或者更通常在視頻壓縮的MPEG標準內，實際上給屬於不同圖像類型I、P和B的數據提供選擇地保護是明智的。I類型設計用於不執行運動補償的內(INTRA)圖像。I類型圖像用作該序列中其它圖像的時間的預測的基準，雖然它們具有與它們相關的高優先級等級。P類型設計用於已經進行時間的預測的圖像，以便得益於存在在視頻序列中的兩個連續的圖像之間的時間的冗餘，因此增加視頻壓縮速率。P類型圖像是關於I類型的參考圖像編碼的。B類型設計用於已經進行雙重的時間的預測以便獲得這些圖像的最大的壓縮速率的圖像。由於如果這些圖像在它們的傳輸期間變劣，它們可以從I和P類型圖像通過內插法恢復，因此給予它們低優先級等級。
因此依賴於類型I、P和B的數據的優先級級別的三個保護級別可以在抵消傳輸差錯的選擇地FEC類型保護範圍中提供a)主要的增加冗餘數據到定義I類型的圖像的數據，抵消差錯的保護是通過大量的冗餘數據(FEC分組)與定義I類型圖像的數據級聯完成的。有利地，它還可以想像抵消差錯保護重要的數據的FEC分組僅僅包含有限數量組合在掩碼中的FEC分組；b)增加少量的冗餘數據到定義P類型圖像的數據，增加冗餘數據是通過少數的FEC分組與定義P類型圖像的基本數據級聯實現的；c)不增加冗餘數據到定義B類型圖像的基本數據。
然後由201分析和/或者處理的這些數據發送給模塊220，它具有根據RTP協議特別通過增加FEC保護特定的標題RTP到每個數據幀以便在接收機端同步基本數據和相應的冗餘數據格式化它們的功能。因此模塊220根據RTP協議分別在數據207和208的基礎上發送格式化的數據幀210和211。每個數據幀210和211經過通信信道217通過傳輸層221發送。
有利地，增加冗餘數據到經過通信信道發送的基本數據可以由這個信道的特性限定。實際上通信信道總是具有有限的通帶，因此增加冗餘數據(FEC分組)必須是抵消差錯保護的數據的數據速率必須一直低於或者等於通信信道的數據速率，即使在這個信道的通帶中出現波動。抵消差錯保護的數據的數據速率可以看作基本數據的數據速率和冗餘數據的數據速率的和。如果經過信道217傳輸的差錯率是已知的，則確定與基本數據相關的冗餘數據的數據速率，以便在接收端實現檢測的差錯的最大的校正(最大的恢復速率)，確定可以以實驗或者利用根據傳輸差錯率參數表格進行，該冗餘數據速率調節到期望的恢復速率。只要傳輸差錯率不改變，這樣確定的冗餘數據速率及時保持恆定，但是如果它改變了，考慮通信信道的實際的條件以動態的方式進行新的確定。
根據第一策略，當通信信道的最大的通帶變得較小時，這例如是如果通信網絡是飽和的情況，從218發出的基本數據的數據速率209由位於發射機級的一個控制器自動地調節，使得基本數據和冗餘數據的數據速率的和總是等於該通信信道的所述最大的通帶。在信源218根據MPEG-4標準產生壓縮的視頻信號的情況下由所述控制器進行的數據速率209的這個調整是通過增加DCT(離散餘弦變換)部件的量化步驟獲得的。相反地，如果通信信道的最大的通帶寬了，所述控制器通過減少DCT部件的量化步驟增加數據速率209，以便優化和最大化通信信道通帶的填充。
根據獲得基本數據和冗餘數據的數據速率的和總是保持等於通信信道的最大的通帶的第二策略，所述控制器實施時間定標技術。這個技術在於該控制器給信源218指示哪個基本數據不能通過該通信信道發送。如果該通信信道的最大的通帶減少或者傳輸差錯率增加，即如果基本數據209的數據速率降低了，低優先級的基本數據不經過通信信道發送。
根據獲得基本數據和冗餘數據的數據速率的和總是保持等於通信信道的最大的通帶的第三策略，所述控制器在具有不同數據速率的一組基本數據流中實施選擇技術。在這種情況下，信源218不再提供一個而是提供具有不同數據速率的幾個同步數據流209，例如具有數據速率D1的第一數據流和具有數據速率D2的第二數據流，D1＜D2，這些數據流從同一個視頻序列始發的並且以兩個分開的視頻編碼器並行地編碼，或者作為選擇預編碼，隨後存儲在存儲介質(例如硬碟)。如果這時基本數據的數據速率減小，控制器例如通過從數據速率D2轉換到D1選擇較低的數據速率的基本數據流209。相反地，如果基本數據的速率可以增加，即從數據速率D1改變到D2，該控制器將選擇較高的數據速率的基本數據流209。
在接收機端R，通過傳輸層224接收的數據幀被分成兩個類別沒有進行任何防差錯的數據幀213和進行FEC類型防差錯的數據幀212。發送到模塊223，分析數據幀212和213以便抑制與RTP協議相關的它們的句法，句法用於同步接收的各種數據幀。因此模塊223提供沒有保護的數據幀215和包含基本數據和冗餘數據二者的數據幀214給模塊222。在這個等級，幀215和214分別對應於幀208和207，除了經過信道217在傳輸期間出現了差錯之外，這是為什麼模塊222用於重建受差錯影響的數據的目的或者根據單個、具有低優先級等級內容的無保護的數據215，主要地根據與先前接收的無惡化的數據內插法，或者使用與數據幀214相關的冗餘數據通過在標準RFC2733中描述的FEC類型算法的應用。
應該注意，發送的基本數據的這個重建的成功在比例上是更可能的，當出現差錯的數量與冗餘數據量的比是較低時。
如果是視頻類型的數據，這樣重建的和從差錯中釋放的數據216這時發送到應用219，例如用於解碼和在屏幕上顯示。
根據本發明的各個步驟可以在各種方式在發射機級實現，使得它可能傳送保護數據幀，特別使用執行相應於加到基本數據幀的處理102/106/104的一組指令的信號處理器和使用其內容使得它可能建立對應步驟103的類型/優先級的存儲器。
因此已經描述了和示出以選擇的方式保護抵消這些差錯的經過遭受差錯的通信信道發送的數據的通信系統、發射機以及方法。明顯地，可以進行與描述的實施例有關的很多的修改而不脫離本發明的範圍。
權利要求
1.一種發射機，包括用於產生基本數字數據幀和設計用於通過通信信道發送抵消差錯保護的基本數字數據的所述幀給接收機的裝置，其特徵在於該保護方法包括表徵裝置，用於表徵基本數據的每個幀的優先等級，和抵消傳輸差錯的FEC類型的保護裝置，用於增加冗餘數據分組到尋找保護的基本數據的幀，冗餘數據量是考慮中的基本幀的優先級等級和通信信道的差錯率的函數，所述保護裝置經過該通信信道傳送保護數據的所述幀。
2.根據權利要求1的發射機，其特徵在於當基本數據的所述幀的優先等級是較高的和當信道的差錯率是較高時，與基本數據的幀相關的冗餘數據的分組成比例增多。
3.根據權利要求2的發射機，其特徵在於給基本數據的每個幀分配優先級等級是在兩個階段進行，首先利用包含在基本數據的每個幀中的數據類型的識別，隨後利用存儲在存儲器中的對應表相關數據的所述類型與優先等級。
4.根據權利要求3的發射機，其特徵在於它包括控制裝置，通過作用於產生基本數字數據幀的所述裝置保證在通信信道上發送的保護的基本數字數據的幀的數據速率不超過所述通信信道的最大的通帶。
5.根據權利要求4的發射機，其特徵在於所述產生基本數字數據幀的裝置傳送數據速率由所述控制裝置控制的基本數據的單個數據流。
6.根據權利要求5的發射機，其特徵在於所述控制裝置防止基本數據的一些幀的傳輸，特別是優先等級是低的那些基本數據幀的傳輸。
7.根據權利要求6的發射機，其特徵在於所述用於產生基本數字數據幀的裝置傳送每個具有不同數據速率的幾個同步的基本數據流，所述控制裝置從這些不同的數據流中選擇抵消傳輸差錯保護的基本數據幀。
8.一種電話設備，包括根據權利要求1的發射機。
9.一種發送數據的方法，包括產生基本數字數據幀的步驟，目的是通過通信信道發送抵消差錯保護的基本數字數據的所述幀到接收機，其特徵在於該方法進一步包括給基本數據的每個幀表徵優先權的等級的步驟，抵消傳輸差錯的FEC類型的保護步驟，增加冗餘數據的分組到想像保護的基本數據幀，冗餘數據量是所考慮的基本幀的優先權等級和通信信道差錯率的函數，所述保護步驟提供保護的所述數據幀給該通信信道。
10.根據權利要求9的發送數據的方法，其特徵在於當基本數據的所述幀的優先等級是較高的和當信道的差錯率是較高時，與基本數據的幀相關的冗餘數據的分組成比例增多。
11.根據權利要求10的發送數據的方法，其特徵在於利用識別包含在基本數據的每個幀中的數據的類型的第一步驟，隨後利用相關所述類型的數據與優先等級的步驟進行基本數據的每一幀的優先級等級的分配。
12.根據權利要求11的發送數據的方法，其特徵在於它包括一個控制步驟，通過作用於產生基本數字數據幀的所述裝置，用於保證在通信信道上發送的保護的基本數字數據幀數據速率不超過所述通信信道的最大的通帶。
13.根據權利要求12的發送數據的方法，其特徵在於所述產生基本數字數據幀的步驟允許該數據速率由所述控制裝置控制的基本數據的單個數據流的傳送。
14.根據權利要求13的發送數據的方法，其特徵在於所述控制步驟防止基本數據的一些幀的傳輸，特別是優先等級是低的那些基本數據幀的傳輸。
15.根據權利要求14的發送數據的方法，其特徵在於所述用於產生基本數字數據幀的步驟允許傳送每個具有不同數據速率的幾個同步的基本數據流，所述控制步驟從這些不同的數據流中選擇抵消傳輸差錯保護的基本數據幀。
16.一種用於發射機的電腦程式產品，包括產生基本數字數據幀的裝置，用於通過通信信道傳輸抵消傳輸差錯保護的這些基本數字數據到接收機，所述電腦程式包括一系列的程序代碼的指令，當所述程序由結合在所述發射機中的信號處理器執行時，用於執行權利要求9至15的方法的步驟。
全文摘要
本發明涉及保護基本的數字數據幀的傳輸差錯的方法,基本的數字數據幀包括不同優先權的基本的數據,以便通過通信信道提供保護抵消傳輸差錯的數據幀。確定與基本數據相關的優先等級,一方面用於通知保護步驟執行抵消它的差錯的保護,另一方面用於判定關於保護所述基本數據的必要性。FEC類型的抵消差錯的保護步驟使得它可能在所述基本數據的基礎上通過增加冗餘信息的數量到每個類型的基本數據傳送保護的數據,冗餘信息數量取決於它們的優先等級和指示通信信道的質量的值二者。應用:抵消差錯數據的保護。
文檔編號H04N7/64GK1333600SQ0112543
公開日2002年1月30日 申請日期2001年7月7日 優先權日2000年7月11日
發明者J·－L·波尼法斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司