用於音頻視頻信號分發的自適應帶寬分配方法和系統的製作方法
2023-05-12 05:08:11 1
專利名稱：用於音頻視頻信號分發的自適應帶寬分配方法和系統的製作方法
技術領域：
一般來說，本發明涉及音頻/視頻系統，更具體地說，涉及音頻/視頻信號分發系統中的帶寬分配。
背景技術：
在家庭AV信號分發系統中，當信號從伺服器或其它一些網關分發到不同房間中的接收器時，信號通常被數字壓縮以便通過比信號的原始帶寬窄的數字信道。取決於客戶機的能力和需要，必須在信號傳輸之前適當地配置壓縮參數(例如，空間/時間解析度和壓縮比)。而且，為了應對時變信道特徵，必須在系統使用時動態改變壓縮參數以避免系統溢出。一些這種時變信道特徵是射頻(RF)無線帶寬，射頻無線帶寬可隨信號傳輸路徑附近的移動物體或共用相同信道的客戶機的數量而變化，其中共用相同信道的客戶機的數量可根據加入和離開系統的客戶機而及時改變。
通過觀察時變信道特徵可以動態控制壓縮參數。然而，這卻並不容易。這種情況類似於控制跟隨在以隨機速度(即，可用帶寬)在前面行駛的另一輛汽車之後的汽車的速度(即，數據生成速率)。目標是當前面的汽車隨機改變其速度時，保持兩輛汽車間的距離恆定(即，避免緩衝器溢出或下溢)。如果通過觀察前行汽車的速度來使隨行汽車的速度(即，數據生成速率)與前行汽車的速度(即，可用帶寬)相匹配，那麼反應延遲是不可避免的。而且，取決於延遲的線性度，兩輛汽車之間的距離可能時遠時近，這可能會導致緩衝器溢出或下溢。
本發明認識到現有缺點並提供與此相關的一個或多個問題的解決方案。
發明內容
本發明通常涉及解決音頻/視頻分發系統中的帶寬限制，該系統包括數字數據生成器和連接到數字數據生成器的發送器，其中通過通信鏈路將數據傳輸到接收器。根據本發明的一個方面，本發明包括數據傳輸緩衝器和相關的負載分發邏輯。根據本發明的另一方面，負載分發邏輯監控數據傳輸緩衝器中的「佔用級別」。在數據傳輸緩衝器中存在佔用級別的情況下，也就是當由於通信鏈路上帶寬不足而造成數據傳輸緩衝器通常不為空時，負載分發邏輯降低數字數據生成器的數據速率。
在本發明的一個有益實施例中，數據傳輸緩衝器位於數字數據生成器和數據發送器之間。負載分發邏輯連接到數據傳輸緩衝器和數字數據生成器。
在具有本發明的自適應帶寬分配的音頻/視頻信號分發系統的一個實施例中，優選系統包括預過濾和空間/時間二次採樣器。而且，頻域量化器連接到預過濾和空間/時間二次採樣器。傳輸緩衝器連接到頻域量化器，並且負載分發邏輯模塊連接到預過濾和空間/時間二次採樣器、頻域量化器和傳輸緩衝器。負載分發邏輯模塊包括用於根據傳輸緩衝器中的佔用級別控制頻域量化器的頻域量化的粗度的邏輯。
在一優選實施例中，負載分發邏輯模塊還包括用於控制預過濾和空間/時間二次採樣器的二次採樣的粗度的邏輯。而且，運動補償正交變換模塊連接在預過濾和空間/時間二次採樣器和頻域量化器之間。編碼器連接在頻域量化器和傳輸緩衝器之間。該編碼器對來自頻域量化器的量化係數進行編碼。可以理解，可以對量化係數進行行程編碼和/或熵編碼。優選地，盡力而為發送器連接到傳輸緩衝器，並且接收器連接到盡力而為發送器。
在另一個實施例中，用於控制音頻/視頻信號分發的方法包括將緩衝器分配給發送器和接收器。以盡力而為模式運行或以其它方式執行連接到緩衝器的信道。當將信道中的可用帶寬與通過信道的數據生成速率進行比較時，結果反映在緩衝器中的數據累積上。
在又一個實施例中，用於控制音頻/視頻信號分發的方法包括接收輸入信號並預過濾該輸入信號。根據輸入信號生成多個量化係數，這些量化係數具有可變粗度。對上述多個量化係數編碼並傳輸到傳輸緩衝器。在工作期間，監控傳輸緩衝器中的佔用級別。基於該佔用級別，相應地改變上述多個量化係數的粗度。
在本說明書的下面部分中將描述本發明的其它方面，其中具體實施方式
部分是為了完全公開本發明的優選實施例，而不是為了限制本發明。
通過參考下面僅用於說明目的的附圖會更好地理解本發明圖1是採用本發明的自適應帶寬分配的音頻/視頻分發系統的框圖。
圖2是本發明的概括性信號分發邏輯的流程圖。
圖3是本發明的信號分發邏輯的流程圖。
圖4是採用本發明的自適應帶寬分配的系統的一備選實施例的框圖，其中數據生成器是代碼轉換器。
圖5是採用本發明的自適應帶寬分配的系統的一備選實施例的框圖，其中數據生成器是接收基帶信號的壓縮器。
圖6是採用本發明的自適應帶寬分配的系統的一備選實施例的框圖，其中數據生成器是接收壓縮信號和基帶信號的解壓縮器和壓縮器系統(代碼轉換器)。
具體實施例方式
更具體地參考用於說明目的的附圖，圖1至圖6中大體說明實施本發明的設備和方法。將理解，在不偏離本文公開的基本概念的前提下，設備的配置和部件的細節可以改變，並且方法的具體步驟和順序也可改變。
首先參考圖1，示出並用10指示採用本發明的音頻/視頻信號分發系統的實例。在所示實例中，系統10包括連接到諸如離散餘弦變換(DCT)模塊的運動補償正交變換(MCOT)模塊14的預過濾和空間/時間二次採樣器12。如果使用運動圖象專家組(MPEG)壓縮技術對預過濾和空間/時間二次採樣器12接收到的輸入信號進行壓縮，則採用MCOT模塊14。圖1示出，MCOT模塊14連接到控制輸入信號的壓縮比的頻域量化器16。
如圖1所示，熵編碼器18連接到頻域量化器。熵編碼器18對來自頻域量化器的量化係數進行編碼以生成用於傳輸的數據流，其中數據在本實例中具有數據速率G。在傳輸之前，數據先通過本發明的數據速率控制模塊20，該模塊包括下面將詳細描述的傳輸緩衝器22和負載分發邏輯24。盡力而為發送器26連接到傳輸緩衝器22，並且在工作期間，儘可能快地從傳輸緩衝器22拉取數據。盡力而為發送器26連接到接收器28，例如連接到電視機的機頂盒。具有帶寬B的連接可以是有線連接、無線連接、網際網路、電源線載體連接或可能受到帶寬限制的任何其它連接。圖1還示出，在說明的實例中，負載分發邏輯模塊24連接到預過濾和空間/時間二次採樣器12、頻域量化器16和傳輸緩衝器22。如下詳述，負載分發邏輯模塊24包括可用於根據傳輸緩衝器22內的佔用級別來控制來自頻域量化器16的數據生成速率的負載分發邏輯。
本發明的優點在於，當數據速率超過可用帶寬時，可降低數據速率。在正常操作中，G＜B，這意味著有足夠的帶寬用於數據傳輸，並且傳輸緩衝器22為空。然而，在可用帶寬小於數據速率的情況下，傳輸緩衝器22將開始保存數據。因此，在傳輸緩衝器22中將存在數據佔用級別。因此，本發明包括數據速率控制模塊20及其操作方法，其實質上可用於任何生成數字數據以用於通過通信鏈路傳輸的音頻/視頻分發系統。
現在參考圖2，其針對圖1的上下文和框24示出本發明的概括性負載分發邏輯，其中使用編程的數據處理器或類似物來實現該邏輯。如圖所示，在框50，過程以do循環語句開始，其中在工作期間，執行下列步驟。在框52，將傳輸緩衝器22(圖1)分配給盡力而為發送器26(圖1)和接收器28(圖1)。此後，在框54，採用本領域公知的盡力而為模式運行或以其它方式執行連接到緩衝器的信號信道。
移至判定菱形框56，確定傳輸緩衝器22中是否包含數據，即是否具有佔用級別。如果佔用級別為0，則因為可用帶寬B大於或等於數據生成速率G，所以緩衝器通常為空。在這種情況下，在框60，可以視情況增加數據速率。如果傳輸緩衝器22中包含數據，則B小於G，邏輯進入框58，從而降低數據速率。可以理解，如果在傳輸緩衝器內沒有任何數據，則不可能在緩衝器內減少數據。而且，如果B等於G，則傳輸緩衝器內的數據減少為0。關於這點，應注意到，沒有必要實際測量B和G，但也可視情況進行這些測量。只要在傳輸緩衝器中有數據，就需要減小數據速率。通常根據數據信道的特徵，來使反饋最優化。
仍參考圖2，因此將理解，本發明方法的一種模式包括在框56和58中執行的操作，這些操作用於當在傳輸緩衝器中檢測到佔用級別時降低來自數據生成器的數據速率。本發明方法的另一種模式包括在框60中執行的另外操作，這些操作用於當緩衝器通常為空且沒有帶寬限制時增加來自數據生成器的數據速率。
圖3仍針對圖1所示的系統的上下文示出本發明的負載分發邏輯的優選非限定性實施例。在框100以do循環語句開始，當接收到輸入信號時，執行以下步驟。在框102，對輸入信號預過濾。另外，如果需要，在框104，對輸入信號進行時間和/或空間二次採樣。可以理解，可在預過濾和空間/時間二次採樣器12(圖1)中進行預過濾和二次採樣。
進入框106，在使用MPEG壓縮技術對信號進行壓縮的情況下，使用頻域量化器16(圖1)控制壓縮比。接著，在框108，在熵編碼器18(圖1)中對來自頻域量化器16的量化係數進行行程編碼和熵編碼。移至框110，將編碼的符號傳輸到傳輸緩衝器20(圖1)。此後，由盡力而為發送器22(圖1)從傳輸緩衝器20(圖1)中提取數據。
進行到框114，在執行上述步驟的同時監控緩衝器中的佔用級別。在框116，當緩衝器中的佔用級別增加時，增加頻域量化的粗度和二次採樣的粗度。可以理解，這使得來自頻域量化器的數據(例如，符號)生成速率變得粗糙。另一方面，當緩衝器中的佔用級別降低時，降低頻域量化的粗度和二次採樣的粗度。這使得來自頻域量化器的數據生成速率變得不那麼粗糙。
根據前面所述，可以理解，當多於一個信號共用單個信號傳輸信道時，例如通過在每個傳輸緩衝器後面設置多路復用器，可以容易地將多個上述系統組合在一起以將數據進行組合。
利用上述結構配置，本發明的系統和方法可用於根據可用帶寬(例如，在通往接收器的網絡連接內)控制到達接收器的數據流。根據上面的描述，可以理解，本發明也可以與各種數字數據生成器配置(例如，如圖4、圖5和圖6中所示的那些配置)一起使用。在圖4中，系統150接收壓縮信號，並在包括代碼轉換器152的數據生成器中對信號解壓縮。在圖5所示的系統160中，系統接收基帶信號，並在包括壓縮器162的數據生成器中對信號壓縮。圖6示出系統170，其中由包括解壓縮器172和壓縮器174的代碼轉換器接收並處理壓縮信號和基帶信號的組合。
因此將理解，根據本發明，監控傳輸緩衝器中的佔用級別，如果在緩衝器中存在數據，則降低數據速率以適應帶寬限制。另一方面，當有足夠的帶寬適應數據速率時，緩衝器通常為空，並且不需要降低數據速率。本領域技術人員也會理解，可採用本領域中公知的任何傳統方式來實現數據傳輸緩衝器，並且可採用與編程的數據處理器相關聯的軟體或固件、如果需要也可採用硬體來實現負載分發邏輯。
雖然上面的描述包含了許多細節，但這不應理解為對本發明範圍的限制，而是僅僅提供了對本發明的一些目前優選實施例的說明。因此，將理解，本發明的範圍完全涵蓋對本領域技術人員顯見的其它實施例，相應地，本發明的範圍只由所附權利要求限定，其中參考的單個元素除非明確說明，否則不是指「一個且僅有一個」，而是指「一個或多個」。本領域技術人員公知的與上述優選實施例中的元素等效的所有結構、化學物和功能都以引用的方式明確結合於本文中，並且由本發明權利要求涵蓋。而且，裝置或方法不一定解決本發明試圖解決的每一個問題，因為其由本發明權利要求涵蓋。而且，本公開中的任何元件、組件或方法步驟都不是要獻給公眾，不管這些元件、組件或方法步驟是否在權利要求中明確敘述。除非使用短語「用於…的裝置」來明確敘述元件，否則本文沒有權利要求元件要理解為在35U.S.C.112第6段的條款下。
權利要求
1.在具有連接到發送器的數字數據生成器的音頻/視頻信號分發系統中，所述發送器配置為通過通信鏈路將所述數字數據傳輸到接收器，改進包括連接在所述數字數據生成器和所述發送器之間的數據傳輸緩衝器；以及連接到所述數據生成器和所述數據傳輸緩衝器的負載分發邏輯模塊；其中所述負載分發邏輯模塊配置為根據所述數據傳輸緩衝器中的數據佔用來控制所述數據生成器的數據速率。
2.如權利要求1所述的改進的音頻/視頻系統，其特徵在於，當所述數據速率大於所述通信鏈路上的可用帶寬時，所述數據傳輸緩衝器具有佔用級別。
3.如權利要求2所述的改進的音頻/視頻系統，其特徵在於，當所述通信鏈路上的可用帶寬大於所述數據速率時，所述數據傳輸緩衝器為空。
4.一種在具有連接到發送器的數字數據生成器的音頻/視頻分發系統中用於自適應帶寬分配的設備，所述發送器配置為通過通信鏈路將所述數字數據傳輸到接收器，所述設備包括配置為連接在所述數字數據生成器和所述發送器之間的數據傳輸緩衝器；以及配置為連接到所述數據生成器和所述數據傳輸緩衝器的負載分發邏輯模塊；其中所述負載分發邏輯模塊配置為根據所述數據傳輸緩衝器中的數據佔用來控制所述數據生成器的數據速率。
5.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，當所述數據速率大於所述通信鏈路上的可用帶寬時，所述數據傳輸緩衝器具有佔用級別。
6.如權利要求5所述的設備，其特徵在於，當所述通信鏈路上的可用帶寬大於所述數據速率時，所述數據傳輸緩衝器為空。
7.一種在具有連接到發送器的數字數據生成器的音頻/視頻分發系統中用於自適應帶寬分配的方法，所述發送器配置為通過通信鏈路將所述數字數據傳輸到接收器，所述方法包括提供位於所述數字數據生成器和所述發送器之間的數據傳輸緩衝器；提供連接到所述數據生成器和所述數據傳輸緩衝器的負載分發邏輯模塊；根據所述數據傳輸緩衝器中的數據佔用來控制所述數據生成器的數據速率。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，當所述數據速率大於所述通信鏈路上的可用帶寬時，所述數據傳輸緩衝器具有佔用級別。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，當所述通信鏈路上的可用帶寬大於所述數據速率時，所述數據傳輸緩衝器為空。
10.一種具有自適應帶寬分配的音頻/視頻信號分發系統，包括數據生成裝置；發送器，所述發送器配置為通過通信鏈路將數據從所述數據生成裝置傳輸到接收器；位於所述數據生成裝置和所述發送器之間的傳輸緩衝器；以及連接到所述數據生成裝置和所述傳輸緩衝器的負載分發邏輯模塊；其中所述負載分發邏輯根據所述傳輸緩衝器中的數據佔用級別來控制所述數據生成裝置生成的數據的數據速率。
11.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，當所述數據速率大於所述通信鏈路上的可用帶寬時，所述數據傳輸緩衝器具有佔用級別。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於，當所述通信鏈路上的可用帶寬大於所述數據速率時，所述數據傳輸緩衝器為空。
13.如權利要求10所述的系統，還包括預過濾和空間/時間二次採樣器；以及連接到所述預過濾和空間/時間二次採樣器的頻域量化器；其中所述負載分發邏輯模塊還包括用於控制所述預過濾和空間/時間二次採樣器的二次採樣的粗度的邏輯。
14.如權利要求13所述的系統，還包括連接在所述預過濾和空間/時間二次採樣器和所述頻域量化器之間的運動補償正交變換模塊。
15.如權利要求14所述的系統，還包括連接在所述頻域量化器和所述傳輸緩衝器之間的編碼器，所述編碼器對來自所述頻域量化器的量化係數編碼。
16.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，對所述量化係數進行行程編碼。
17.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，對所述量化係數進行熵編碼。
18.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述發送器包括盡力而為發送器。
19.一種用於控制音頻/視頻信號分發的方法，包括將緩衝器分配給發送器和接收器；以盡力而為模式運行連接到所述緩衝器的信道；將所述信道中的可用帶寬與通過所述信道的數據生成速率進行比較；以及根據所述比較，控制所述緩衝器中的數據的累積。
20.一種用於控制音頻/視頻信號分發的方法，包括接收輸入信號；預過濾所述輸入信號；根據所述輸入信號生成多個量化係數，所述多個量化係數具有可變粗度；對所述多個量化係數編碼；將多個編碼的量化係數傳輸到傳輸緩衝器；監控所述傳輸緩衝器中的佔用級別；當所述傳輸緩衝器中的佔用級別增加時，增加所述多個量化係數的粗度；以及當所述傳輸緩衝器中的佔用級別降低時，降低所述多個量化係數的粗度。
全文摘要
一種用於控制音頻/視頻信號分發的方法包括接收輸入信號並預過濾該輸入信號。根據該輸入信號生成多個量化係數，這些量化係數具有可變粗度。對上述多個量化係數編碼並將這些編碼的量化係數傳輸到傳輸緩衝器。在工作期間，監控傳輸緩衝器中的佔用級別。基於該佔用級別，相應地改變上述多個量化係數的粗度。
文檔編號H04N7/26GK1910920SQ200580002220
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月7日 優先權日2004年1月15日
發明者T·奧塔 申請人:索尼株式會社, 索尼電子有限公司