利用數據劃分和不相等錯誤保護的、用於無線區域網的能恢復錯誤的視頻傳輸系統的製作方法

2023-05-04 01:54:06

專利名稱：利用數據劃分和不相等錯誤保護的、用於無線區域網的能恢復錯誤的視頻傳輸系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及編碼的視頻在無線網絡上的傳輸，並且具體涉及一種為無線區域網(WLAN)提供能恢復錯誤的視頻的系統和方法。
2.相關技術近來，對在無線網絡，特別是區域網(LAN)上傳輸的高質量視頻已有很大的需求。在2000年，802.11b成為同樣適合商用和家用的標準無線乙太網絡技術。對於大多數網絡應用而言，包括編碼的視頻廣播，使用2.5-4Mbps的實際吞吐量是足夠快的。
然而，主要由於與帶寬約束和高錯誤率相關的限制，對於傳輸高質量無線視頻信號存在許多挑戰。例如，隨著發送者和接收者之間的距離的增大，所接收到的信號功率也隨之減小，並因此信道吞吐量也隨之減小。因而，由於無線網絡的固有特性，提供有保障的帶寬是不切實際的。
而且，因為無線網絡可能非常容易受到在相同頻段上運行的其他設備的幹擾，而經常導致分組錯誤或丟失。這一點在利用由微波、無繩電話和/或其他802.11b網絡共享的2.4GHZ ISM波段的802.11b無線網絡環境中的情況下尤其如此。在802.11b網絡上傳輸視頻的另一個挑戰是，802.11b介質訪問(MAC)層要丟棄接收到的有比特錯誤的分組，因此，限制了在接收方糾正錯誤的可能性。
多種在無線區域網(LAN)上提供能恢復錯誤的視頻傳輸的方案已經被提出。鑑於在家庭中的數字視頻內容通常被編碼在諸如MPEG-2、MPEG-4、或H.26L的一個單層格式中，所以在室內的無線鏈路上傳輸視頻的最直接的技術方案就是按照視頻的格式發送該視頻。如果該信道是在正常情況下操作，那麼這種技術方案將運行良好，也就是不存在由於移動或幹擾造成的不可預知的退化(degradation)。不幸地，如果發生分組丟失，或者當該信道吞吐量降低到低於傳輸該單層編碼的視頻所需要的信道吞吐量時，視頻質量將嚴重降低。
即使具有錯誤隱藏技術，分組丟失仍將引起視頻質量降低，並且任何分組丟失的影響將通過運動預測傳播到其他的幀。因此，由於信道退化造成的視頻質量降低只能夠減輕到隱藏錯誤的能力的程度。需要更多的針對分組丟失和吞吐量降低的恢復能力以提供適度退化的視頻。
該最簡單的單層視頻傳輸系統的一個變型指的是「碼率變換(transrate)」，其中，在傳輸前，動態調整進入的單層編碼比特流的比特率以適應當前的信道吞吐量。與簡單的固定速率單層系統相比，碼率變換在某種程度上能夠處理信道吞吐量的降低。然而，因為該單層編碼的視頻還是非常容易受到不能通過吞吐量調整而消除的分組丟失的影響，特別是在其他設備的幹擾下，意外的分組丟失仍然存在。結果，仍將看到強烈的視頻質量降低。
一種已吸引很多研究力量的單層視頻傳輸的備選方案是比特率可擴展視頻傳輸。這裡，或者最初的視頻被編碼為幾個子比特流；每個擁有各自的運動預測循環，或者該進入的單層視頻被轉換成速率可擴展格式。發送一個速率可擴展視頻的優點是基礎層能夠更好地得到保護，並且因此能夠維持一個最低的質量。因此，所接收到的視頻質量將依賴於增強層是否被接收到。然而，這種技術方案有幾個缺點。首先，需要把單層轉換到可擴展視頻的代碼。其次，在沒有分組丟失的情況下，與單層相比相同的質量地發送視頻需要更高的帶寬。第三，解碼複雜性高於單層。
因此，需要一種為在無線LAN上傳輸視頻提供增強的錯誤恢復力而又不導致明顯開銷的系統。
發明概述本發明通過提供一種用於在一個無線網絡上傳送編碼的視頻的能恢復錯誤的系統和方法，來解決以上所提出的問題和其他的問題。在第一個方面，本發明提供了一種用於將編碼的視頻封裝成比特流以便於在無線網絡上傳輸的系統，包括一個用於把多個視頻幀中的每個分割成一塊組的系統；一個用於為每個塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組的系統；一個用於基於該分組的重要性為每個創建的分組設置重試限值的不相等錯誤保護系統；和一個用於將創建的分組伺服為比特流的系統。
在第二個方面，本發明提供了一種用於封裝編碼的視頻以在無線網絡上傳輸的方法，包括把多個視頻幀中的每個分割成一塊組；為每個塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組；基於該分組的重要性為每個創建的分組設置重試限值；將創建的分組伺服為比特流。
在第三個方面，本發明提供一種用於在無線區域網上傳送編碼的視頻的系統，包括(1)用於產生比特流的傳輸系統，該傳輸系統具有用於把多個視頻幀中的每個劃分成一塊組的系統；用於為每個塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組的系統；用於基於該分組的重要性為每個創建的分組設置重試限值的不相等錯誤保護系統；和用於將創建的分組伺服為比特流的系統；和(2)用於接收該比特流的接收系統，並且包括用於合併基礎層分組和增強層分組的系統，和一個用於解碼該比特流的系統。
在第四個方面，本發明提供一種用於在無線區域網上接收編碼的視頻的接收系統，其中該編碼的視頻已由傳輸系統產生，該傳輸系統具有用於把多個視頻幀中的每個劃分成一塊組的系統；用於為每個塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組的系統；用於基於該分組的重要性為每個創建的分組設置重試限值的不相等錯誤保護系統；和用於將創建的分組伺服為比特流的系統；並且其中該接收系統包括用於合併基礎層分組和增強層分組的系統，和用於解碼該比特流的系統。
附圖概述從以下結合附圖的對本發明多個方面的詳細描述中將更容易地理解本發明的這些和其他的特徵，其中

圖1描述了根據本發明的無線通信系統。
圖2描述了根據本發明的第一個被分割的比特流。
圖3描述了根據本發明的第二個被分割的比特流。
圖4描述了根據本發明的第三個被分割的比特流。
發明詳述現在參照附圖，圖1描述了用於傳送編碼的視頻40的無線區域網(WLAN)系統10。WLAN系統10包括一個傳輸系統12和一個接收系統30，並且可以利用諸如802.11b協議。而且，編碼的視頻40包括一個使用任何單層格式-例如MPEG-2、MPEG、H.26L等等編碼的視頻幀序列。正如下面所描述的，本發明使用高級數據劃分技術和不相等錯誤保護為在傳輸系統12和接收系統30之間的無線傳輸42提供更大的錯誤恢復力。
為了達到這個目的，傳輸系統12包括一個數據劃分系統14，一個比特流伺服器20，一個不相等錯誤保護(UEP)系統22和一個重試系統28。數據劃分系統14把進入的單層編碼的視頻40處理成一種更適合於具有恢復力的傳輸的形式。數據劃分使用塊組(GOB)分割系統16和BL/PL分組系統18。GOB分割系統16把每個進入的視頻幀分割成一個GOB，以至於該組中的每一塊都包含正如預先選擇的比特大小17所確定的近似數量的比特。
接著，BL/PL分組系統18為每一GOB創建一個基礎層視頻分組，並具有所有必須的首部信息，包括開始宏塊地址，移動向量，量化比例，優先權斷點(對適應性數據劃分是可選的)、首部擴展代碼、和符合該優先權斷點的行程長度離散餘玄變換對。另外，為每個GOB，也創建了一組(例如，一個或多個)增強層視頻分組。這樣，為每個GOB，BL/PL分組系統18創建一個基礎層視頻分組和一組增強層視頻分組。
比特流伺服器20接收所創建的分組並形成一個準備在該無線網絡上伺服的綜合被劃分的視頻比特流。該視頻比特流可以利用任何模式形成，包括由圖2-4中例子所描述的模式。正如這些圖中的每一個所描述的，一個示例性的被劃分的幀已經被分割成3個GOBGOB1、GOB2和GOB3。每個GOB有一個基礎層分組BL[GOB1]、BL[GOB2]、BL[GOB3]；和一個或多個增強層分組。在這種情況下，GOB1有兩個增強層分組EL1[GOB1]和EL2[GOB1]；GOB2有一個增強層分組EL1[GOB2]；GOB3有三個增強層分組EL1[GOB3]、EL2[GOB3]、EL3[GOB3]。應該理解這種劃分只是為了示例的目的，並且可以利多些或者少些的細微劃分。
在圖2所示的第一選項中，利用了多層模式。也就是，所有的基礎層視頻分組在基礎層比特流中都被順序地伺服，並且在基礎層比特流中所有的增強層視頻都被順序地伺服。
在圖3中所示的第二選項中，利用了單層方法，其中基礎和增強層分組以一個GOB為基礎交錯。這樣，每個基礎層分組(例如，BL[GOB1])後跟隨一組相應的增強層分組(例如，EL1[GOB1]、EL2[GOB1])。
在圖4中所示的第三選項中，利用了單層方法，其中基礎和增強層分組以一個幀為基礎為而交錯。這樣，一個幀的所有基礎層分組同該幀的所有增強層分組被連續地封裝。
UEP系統22通過基於分組的重要性切換每個分組的重試限值26，為無線傳輸42提供不相等錯誤保護。為更重要的分組提供相對更高的重試限值，並且為不很重要的分組提供相對較低的重試限值。重要性系統24確定每個分組的相對重要性，並且可以使用任何用於確定重要性的標準。例如，基礎層分組通常比增強層分組擁有更高的重要性，並因此收到由重試系統28實現的更高數量的重試。正如在802.11b系統的技術領域內熟知的，如果發生傳輸錯誤達到一定數目的次數(例如，重試限值)，那麼重試系統28將重新發送分組。在一個802.11b系統中，介質訪問(MAC)驅動器在決定是否發送一個新分組或重新發送前一個分組之前，等待一個來自於接收者的確認。
在正常的信道情況下，可能不需要重新傳輸或很少需要重新傳輸。因此，由於一個更高的重試限值而不會導致圖像吞吐量的損失。當該信道退化時，對於最重要的分組(如基礎層分組)使用更高的重試限值會更好地保護傳輸以避免丟失，而犧牲非實質性的分組(例如，增強層分組)。
接收系統30使用任何眾所周知的技術接收無線傳輸42。合併系統34將基礎層和增強層分組的流合併成一連串的幀，這些幀然後被解碼系統36解碼以創建輸出44。
從上述描述上看，本發明有幾個優點是顯然的。首先，因為劃分僅僅涉及識別該比特流的簡單操作，複雜度相對較低。其次，不同於可擴展的視頻傳輸，數據劃分並不會因為利用最小的信令開銷單層編碼的比特流只被分割成幾個部分，而對於高質量傳輸而言引入編碼效率丟失。第三，該解碼系統複雜度能夠被保持為接近於一個單層系統的複雜度。第四，與單層系統相比，該技術方案在阻止分組丟失方面更有恢復力。
可以理解的是，本文所描述的系統、功能、機制、方法、算法、和模塊可以以硬體、軟體、或硬體和軟體相結合的方式實現。它們可以通過任何類型的計算機系統或其他用於實現本文所述方法的裝置實現。典型的硬體和軟體的結合可以是一臺通常意義上的具有電腦程式的計算機系統，當該電腦程式被載入和執行時，控制該計算機系統以使它能實現本文所描述的方法。作為選擇，可以利用一臺特定用途的計算機，該計算機包含專門的用於執行本發明一個或多個功能任務的硬體。本發明還能夠被嵌入到電腦程式產品中，該產品包含能夠實現本文所述的方法和功能的所有特徵，並且當被載入到一個計算機系統中時，該程序能夠執行這些方法和功能。一組指令的電腦程式、軟體程序、程序、程序產品、或軟體(在本上下文意味著用任何語言、代碼或符號形式中的任何表達式)試圖使一個系統具有信息處理能力以執行特定功能，該功能或者直接執行或者在下面任何一個或兩者之後執行(a)轉換到另一種語言、代碼或符號；並且/或(b)以一種不同的材料形式再現。
為了舉例說明和描述的目的，已經提出了本發明優選實施方案的以上描述。它們並不是窮舉的，或者把本發明限制到所公開的確切形式上，並且很明顯地，許多根據以上教導的修改和變型是可能的。對本領域的熟練技術人員是顯然的修改和變型也試圖包含在由所附權利要求定義的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種用於把編碼的視頻封裝成要在無線網絡[10]上傳輸的比特流的封裝系統[10]，包括用於把多個視頻幀中的每一個分割成一個塊組的分割系統[16]；用於為每個塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組的系統[18]；用於基於該分組的重要性來為每個所創建的分組設置重試限值[26]的不相等錯誤保護系統[22]；以及用於把所創建的分組伺服成為比特流的服務系統[20]。
2.如權利要求1所述的封裝系統，其中無線網絡[10]包含802.11b無線區域網。
3.如權利要求1所述的封裝系統，其中分割系統[16]基於預先確定的比特大小分割每一塊組。
4.如權利要求1所述的封裝系統，其中每個所創建的基礎層分組包含一組首部信息。
5.如權利要求1所述的封裝系統，其中用於服務分組的服務系統[20]使得所有基礎層分組順序地放置在一個基礎層比特流中，並且使所有增強層分組順序地放置在一個增強層比特流中。
6.如權利要求1所述的封裝系統，其中用於服務分組的服務系統[20]在一個單層比特流中以塊組為基礎使基礎層分組與相關聯的增強層分組交錯。
7.如權利要求1所述的封裝系統，其中用於服務分組的服務系統[20]在一個單層比特流中以塊組為基礎使一個幀的所有基礎層分組與該幀的所有增強層分組連續地封裝。
8.一種用於封裝編碼的視頻以便在無線網絡上傳輸的方法，包括把多個視頻幀中的每一個分割成為一個塊組；為每一塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組；基於該分組的重要性為每個所創建的的分組設置重試限值[26]；並且把所創建的分組伺服成為比特流。
9.一種在無線區域網上傳送編碼的視頻的通信系統[10]，包括用於產生比特流的傳輸系統[12]，該傳輸系統具有數據劃分系統[14]，用於把多個視頻幀中的每一個分割成為一個塊組，並且為每一塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組；不相等錯誤保護系統[22]，用於基於該分組的重要性為每一所創建的分組設置重試限值[26]；和用於把所創建的分組伺服成為比特流的系統[20]；以及用於接收比特流的接收系統[30]，並且包括用於合併基礎層分組與增強層分組的系統[34]；和用於解碼比特流的系統[36]。
10.一種用於在無線區域網[10]上接收編碼的視頻的接收系統[30]，其中所述編碼的視頻已由傳輸系統[12]生成，具有用於把多個視頻幀中的每一個分割成為一個塊組的系統[16]；用於為每一塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組的系統[18]；用於基於該分組的重要性為每個所創建的分組，設置一個重試限值的系統[22]；和用於把所創建的分組伺服成為比特流的系統[20]；並且其中所述接收系統[30]包括用於合併基礎層分組與增強層分組的系統[34]；和用於解碼比特流的系統[36]。
全文摘要
一種用於在無線區域網上傳送編碼的視頻的能恢復錯誤的系統和方法。描述了一種用於將編碼的視頻封裝成用於在無線區域網上傳輸的比特流的系統，該系統包括一個用於把多個視頻幀中的每個分成一塊組的系統；一個用於為每一塊組創建一個基礎層分組和一組增強層分組的系統；一個用於基於該分組的重要性為每個創建的分組設置重試限值的不相等錯誤保護系統；和一個用於將創建的分組伺服為比特流的系統。
文檔編號H04L12/28GK1650638SQ03809723
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月28日 優先權日2002年5月1日
發明者Y·陳, C·魯伊滋, R·陳, J·C·葉, K·S·查拉帕裡 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司