用於控制抖動緩衝器的方法和抖動緩衝器控制電路的製作方法

2023-10-17 10:37:54 2

專利名稱：用於控制抖動緩衝器的方法和抖動緩衝器控制電路的製作方法
技術領域：
當前的通信系統中進行連接用於傳輸連續的數據流，例如用於語音、視像和/或多媒體的通信，還以日益增長的規模通過面向分組的通信網絡，譬如LAN(區域網)、MAN(城域網)或者WAN(廣域網)來進行。基於這些技術的有例如所謂的網際網路電話，所述的網際網路電話也稱作「IP語音」(VoIP)。
背景技術：
為了經面向分組的通信網絡傳輸連續的數據流，把該數據流劃分為各個要傳輸的數據分組中，所述的的數據分組分別設有目標地址和計時標記。在從面向分組的通信網絡退出時把這些從數據分組重新結合成連接的數據流。由於在面向分組的通信網絡中數據分組原則上相互獨立地傳輸，數據分組一般不以等距離的時間間隔並且還常常在不按其原始的序列到達退出點。為了補償這樣的傳輸時間波動，大多把數據分組或者其數據內容在結合數據流前中間存儲在所謂的抖動緩衝器中，從這個所謂的抖動緩衝器中以恆定的時間間隔讀出數據或者其數據內容。以這種方式可以將以不規則的時間間隔到達的數據分組再重建為連續的數據流。這種抖動緩衝器的一個缺點在於，由於中間存儲而附加地延遲數據傳輸。在此數據分組的平均中間存儲期應當儘可能地減少到最小。然而在此要注意，不要把平均中間存儲期選擇得過小，因為不然的話，遲緩到達的數據分組可能就不再可以按抖動緩衝器的時間上的輸出序列編排。當一個數據分組才到達時，如果在原始的發射序列中在其後續的數據分組已經由抖動緩衝器輸出，對於該延遲到達的數據分組正常的輸出時間點已經被刪除掉了，從而摒棄了該數據分組。抖動緩衝器控制的目標還在於，在還可以接受的數據損失率的附加條件下把平均的中間存儲期降低到最低。
迄今為了控制抖動緩衝器測量由中間存儲決定的傳輸延遲的平均值，並且藉助於第一控制電路調節到設定的延遲。在此，所述的設定的延遲可以固定的預定，或可以通過第二控制電路這樣地控制在還可接受的分組損失率的條件下，把傳輸延遲降低到最小。然而預定固定的設定延遲卻限制了抖動緩衝器控制的靈活性，而附加地控制設定延遲的缺點在於，需要第二控制電路。由於兩個相互影響的控制電路使得控制顯著地複雜。此外，在這種情況下還可能出現穩定性的問題。

發明內容
本發明的任務是，提出用於控制抖動緩衝器的方法和抖動緩衝器控制電路，所述方法允許能夠在只有很少的數據分組損失的條件下自適應地降低緩衝引起的平均傳輸延遲。
該任務具有權利要求1的特徵的方法以及通過具有權利要求6的特徵的抖動緩衝器控制電路來完成。
為了控制用於緩衝數據分組流而設置的抖動緩衝器，對數據分組流的數據分組測取各自的由緩衝引起的傳輸延遲。從測取的傳輸延遲連續地推導出加權的延遲平均值，其中較小的傳輸延遲比較大的傳輸延遲較強地加權。取決於該連續推導出的加權延遲平均值然後這樣地控制抖動緩衝器的讀出速度使得推導出的加權的延遲平均值作為控制參數調整到預定的設定延遲。
構成加權的延遲平均值時很小的傳輸延遲的強加權相應於遲緩到達的數據分組的強加權。這就是說，加權的延遲平均值不表示所有緩衝的數據分組的平均的傳輸延遲，相反地更多是表示對延遲到達的數據分組的傳輸延遲的尺度。通過把遲緩到達的數據分組的緩衝引起的延遲期調整到預定的設定延遲可以以簡單的方式保證，對也遲緩到達的數據分組仍被緩衝寄存。
超過平均值遲緩出現的數據分組通過其較強的加權導致降低加權的延遲平均值。該數據分組剛剛還在讀出時間點前不久嵌入到抖動緩衝器裡，並且因而具有特別小的傳輸延遲的再補償到設定的延遲。這又再次引起抖動緩衝器的讀出速度的降低，如此地把加權的延遲平均值補償到設定的延遲，如果由此在其正常的輸出時間點之前在抖動緩衝器中嵌入了更強延遲的數據分組，就再次降低讀出速度。否則就在很大的程度上保持讀出速度恆定，或者在停止可比較地遲緩的數據分組時加快讀出速度。
通過控制加權的延遲平均值使抖動緩衝器的平均傳輸延遲自動地適應於遲緩到達的數據分組的延遲期。以此方式可以在保持很小的並且在需要的時候可調節的數據損失率的條件下使緩衝器引起的傳輸延遲最小。這樣就只需要單個控制電路，提供了本發明的重要優點。
本發明的有利的實施形式和擴展在從屬的權利要求中指出。
根據本發明的一個有利的實施例可以從此前導出的加權延遲平均值和當前測取的傳輸延遲推導出新加權的延遲平均值。以此方式可以顯著地降低所需要的計算費用。
此外還可以把當前測取的傳輸延遲與此前導出的加權的延遲平均值比較，並且取決於比較結果得出當前測取的傳輸延遲的加權。優選地如果當前測取的傳輸延遲小於此前推導出的加權的平均值，可以用第一預定的加權值加權當前測取的傳輸延遲，並且，如果當前測取的傳輸延遲大於此前推導出的加權的平均值，可以用第二預定的加權值加權當前測取的傳輸延遲。在此，第一加權值大於第二加權值。以此方式把一定的位於至此時為止的加權的延遲平均值的超過憑據值的遲緩的數據分組強加權，從而自動地使加權的延遲平均值適應於遲緩到達的數據分組。
通過適當地選擇第一和第二加權值可以按需要調節抖動緩衝控制的特定控制速度。在此，選擇第一加權值優其是對抖動緩衝器控制用以響應特別強地遲緩的數據分組的速度起作用。相反，選擇第二加權值尤其是對抖動緩衝器控制用以響應特別遲緩的數據分組的停止速度起作用。


下面藉助於本發明的一個實施例詳細地說明本發明的實施例。在此示意性附圖分別是圖1一種抖動緩衝器和圖2一種抖動緩衝器控制電路。
具體實施例方式
在圖1中示意性地示出抖動緩衝器JP，向中間存儲器傳送優選地以網際網路協議為基礎的數據流的的數據分組DP1、…、DP2、…、DP3，所述的數據流例如是用於實時通信的語音通信、視像通信和或多媒體通信。所述數據分組DP1、…、DP2、…、DP3各包含一個計時標誌，所述的計時標誌指出數據分組流中的有關數據分組的最初的時間位置。在該實施例中假定，數據分組DP1、DP2和DP3按指定的序列產生，但是由於傳輸時間波動以DP3、DP2和DP1的序列抵達在抖動緩衝器JP處。從而由於超過平均水平快速的傳輸數據分組DP3而使其超前數據分組DP2，而數據分組DP1由於其特別大的延遲落後於數據分組DP2。
作為有用數據內容數據分組DP1包含通信數據D1，數據分組DP2包含通信數據D2，而數據分組DP3包含通信數據D3。對於此實施例假定通信數據D1、D2和D3是VoIP通信數據(VoIPIP語音)，所述的VoIP通信數據分別包含語音信號的數字抽樣值。
抖動緩衝器JP具有許多存儲位置P1、…、PN，所述的存儲位置按指定的序列周期性地讀出。為了把數據分組DP1、DP2和DP3或其有用數據內容D1、D2和D3重新恢復成其原始的序列，把它們按數據分組DP1、DP2、DP3的計時標誌的順序中間存儲在抖動緩衝器JP的存儲位置P1、…、PN上。從而把抵達的數據分組DP1、DP2及DP3的數據內容D1、D2及D3插入到根據數據分組DP1，DP2以及DP3的計時標誌確定的存儲位置P1、…、PN-1及PN中。與之相應地把特別早出現的數據分組，在此例中為DP3，的數據內容，在此例中是D3，插入到較後邊的的存儲位置，在此例中為PN-1，把具有平均傳輸時間的數據分組，在此例為DP2，的數據內容，在此例中是D2，插入到中間的存儲位置，在此例中為PM，把遲緩出現的數據分組，在此例中為DP1，的數據內容，在此例中是D1，插入到較前邊的的存儲位置，在此例中為P2。以此方式數據內容D1、D2和D3並且從而把語音信號的抽樣值從抖動緩衝器JP按其最初的時間序列輸出。
圖2中示意性地示出用於控制抖動緩衝器JP的抖動緩衝器電路。在此圖中用與圖1中的標號一致的標號示出相同的對象。通過控制抖動緩衝器JP應當在一方面把過遲到達並且從而要廢棄的數據分組的數量降低到最少，而在另一方面把緩衝引起的數據分組平均傳輸延遲降低到最少。作為過遲到達的數據分組在這個相互關係中標示出在其到達時已經刪除了相應的存儲位置的的輸出時間點的數據分組。換言之，緩衝引起的傳輸延遲應當儘可能地小，但是卻要大得足以避免可覺察到的分組損失。
所述的抖動緩衝器控制電路具有測取裝置EE用於測取或測量各個數據分組的傳輸延遲dp；求均值裝置ME，用於連續地從測取的傳輸延遲dp推導加權的延遲平均值d1；以及控制裝置RE，用於依據加權的延遲平均值d1控制抖動緩衝器JP的讀出速度。所述的測取裝置EE對每個數據分組DP1、…DP2、…DP3測取其接收時間點trec以及從抖動緩衝器JP輸出的有關數據分組的第一抽樣值的輸出時間點tout。由此得出有關數據分組的傳輸延遲為dp＝tout-trec。這實質上相應於有關數據分組的數據內容在抖動緩衝器JP中的逗留時間。得出的數據分組PD1、…PD2、PD3的傳輸延遲dp由所述的測取裝置EE轉交給求均值裝置ME，從中求均值裝置ME連續地計算加權的延遲平均值d1並且把所述的延遲平均值d1轉交給控制裝置RE。控制裝置RE把到達的加權的延遲平均值d1與預定的設定延遲s d1比較並且據此控制用之從抖動緩衝器JP讀出抽樣值的讀出節拍CLK，其方式是把加權的延遲平均值d1調整到設定的延遲s d1。為了使讀出的抽樣值的數據速率與後接的通信應用同步，可以把由所述控制決定的讀出節拍CLK的輕微波動通過向抽樣值流嵌入或者從抽樣值流摒棄個別的抽樣值加以補償，或者通過變換抽樣速率補償。
通過測取裝置EE、求均值裝置ME和控制裝置RE可以實現用於作為控制參數把加權的延遲平均值d1調整到預定的設定延遲s d1的控制電路。測取裝置EE、求均值裝置ME和控制裝置RE可以優選地在微處理系統上實施成面向對象編程意義上的程序模塊或者程序對象。
加權的延遲平均值d1通過求均值裝置ME以遞推的方式計算。對於每個緩衝的數據分組DP1、…DP2、…DP3，從當前測取的傳輸延遲dp以及從此前計算的加權的延遲平均值dload按計算公式d1＝(1-s).dload+s.dp計算出新的加權的延遲平均值d1。該式中s是用之把當前測取的傳輸延遲dp變換成加權的延遲平均值d1的權重。對於每個到達的數據分組都藉助於由該傳輸延遲dp與以前加權的延遲平均值dload比較來確定權重S。在此s＝β1如果dp＜dload，並且s＝β2如果dp＞＝dload，式中β1是預定的第一加權值，而β2是預定的第二加權值，其中β1顯著地大於β2。從而計算新的延遲平均值d1時，把小於此前的加權的延遲平均值dload的傳輸延遲值dp，比大於或等於此前的加權的延遲平均值dload的傳輸延遲dp更強地加權。
通過較強加權較小的傳輸延遲dp，在構成加權的延遲平均值d1時超平均地強加權遲緩到達的數據分組，在此例中為DP1。從而加權的延遲平均值d1對於遲緩到達的數據分組實質上產生一個尺度。其中通過抖動緩衝器控制電路不是使用傳輸延遲dp的平均值，而是使用遲緩的數據分組的傳輸延遲的尺度作為控制參數，於是抖動緩衝器JP自動地控制，使得遲緩出現的數據分組剛好不丟失。
通過適當地選擇各個加權值β1和β2可以調節控制電路的控制速度，並且從而適應不同的傳輸性能。在此通過第一加權值β1影響控制電路用之響應特別延遲的數據分組的速度。相反通過第一加權值β2影響控制電路用之響應未到的延遲的數據分組停止的速度。此外通過β1和β2的商確定加權的延遲平均值d1在什麼程度上向短的傳輸延遲dp推移。通過這個商間接地影響分組損失率。通過加大該商數一般可降低分組損失率。
在典型的傳輸條件下表明較好是第一加權值β1在0.1的數量級，第二加權值β2在0.001的數量級。在典型的數據分組傳輸時間分配中這樣地選擇加權值β1和β2導致數量級在0.1-1％的可接受的分組損失率。
由於β1顯著地大於β2，該加權的延遲平均值d1調節得快於小的傳輸延遲dp並且在遲緩的數據分組停止時緩慢地退回。從而緩衝引起的傳輸延遲可以按比例地加快，就是說以較少的分組損失，適應於遲緩的數據分組數量或者延遲的增加。以此方式把平均的緩衝引起的傳輸延遲自動地調節到一個最低值，儘管傳輸延遲本身沒有用作控制參數，其中同時保持較低的分組損失率。與公知的現有技術不同，為此只需要一個控制電路。
權利要求
1.方法，用於控制緩衝數據分組流的抖動緩衝器(JP)，其中a)對數據分組流的數據分組(DP1、DP2、DP3)測取相應地由緩衝引起的傳輸延遲(dp)，b)從測取的傳輸延遲(dp)連續地推導出加權的延遲平均值(d1)，其中較小的傳輸延遲比較大的傳輸延遲較強地加權，以及c)取決於該連續推導出的加權延遲平均值(d1)按以下方式控制抖動緩衝器(JP)的讀出速度(CLK)使得推導出的加權的延遲平均值作為控制參數調整到預定的設定延遲。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，從此前推導出的加權延遲平均值和當前測取的傳輸延遲(dp)推導出新加權的延遲平均值(d1)。
3.如以上權利要求之一所述的方法，其特徵在於，把當前測取的傳輸延遲(dp)與此前導出的加權的延遲平均值比較，並且取決於比較結果求出當前測取的傳輸延遲(dp)的加權。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，如果當前測取的傳輸延遲(dp)小於此前推導出的加權的延遲平均值，那麼用第一預定的加權值(β1)加權當前測取的傳輸延遲，並且，如果當前測取的傳輸延遲(dp)大於此前推導出的加權的延遲平均值，那麼用第二預定的加權值(β2)加權當前測取的傳輸延遲，其中，第一加權值(β1)大於第二加權值(β2)。
5.如以上權利要求之一所述的方法，其特徵在於，通過唯一的控制電路控制控制參數(d1)。
6.抖動緩衝器控制電路，用於控制緩衝數據分組流的抖動緩衝器(JP)具有a)測取裝置(EE)，用於測取數據分組流的各個數據分組(DP1、DP2、DP3)的緩衝引起的傳輸延遲(dp)；b)求均值裝置(ME)，用於連續地從測取的傳輸延遲(dp)推導加權的延遲平均值(d1)，在較小的傳輸延遲時相對在較大的傳輸延遲時較強地加權；以及c)控制裝置(RE)用於通過依據連續推導出的加權的延遲平均值(d1)控制抖動緩衝器(JP)的讀出速度(CLK)把連續推導出的加權的延遲平均值(d1)調節到預定的設定延遲(sd1)。
全文摘要
為了控制抖動緩衝器(JP)的，測取數據分組(DP1、DP2、DP3)的由緩衝引起的傳輸延遲(d
文檔編號H04L12/56GK1543151SQ20041003013
公開日2004年11月3日 申請日期2004年3月19日 優先權日2003年3月20日
發明者W·鮑爾, W 鮑爾, G·法利 申請人:西門子公司