BR112015000117B1 - Dispositivo de rede para suportar streaming de mídia adaptativo baseado em qualidade em uma rede - Google Patents

Dispositivo de rede para suportar streaming de mídia adaptativo baseado em qualidade em uma rede Download PDF

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Abstract

MÉTODOS DE STREAMING ADAPTATIVO BASEADO EM QUALIDADE POR PROTOCOLO DE TRANSFERÊNCIA DE HIPERTEXTO. Um dispositivo de rede sem fio para suportar um streaming de mídia adaptativo baseado em qualidade, que contém um transceptor de radiofrequência, um processador acoplado de forma operacional ao transceptor de radiofrequência e um dispositivo de memória acoplado de forma operacional ao processador. As instruções de armazenamento de memória que configuram o processador para analisar um arquivo de manifesto, de maneira a ler as informações que caracterizam o conteúdo de mídia disponível para streaming adaptativo por protocolo de transferência de hipertexto (HTTP), obtêm as informações de qualidade do conteúdo de mídia com base no atributo de qualidade analisado do arquivo de manifesto e trocam dinamicamente o streaming entre as diferentes partes codificadas do conteúdo de mídia, em resposta à informação de qualidade de uma parte codificada do conteúdo de mídia, desviando-se de um valor desejado de qualidade.

Description

PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS
[0001] O presente pedido reivindica o benefício de prioridade sob a lei 35 USC § 119(e) para o pedido provisório de patente dos EUA n.° 61/679.627, depositado em 3 de agosto de 2012 (n.° de registro legal [Attorney Docket] P46630Z), que está incorporado aqui em sua totalidade para referência.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
[0002] Streaming por protocolo de transferência de hipertexto (Hypertext Transfer Protocol - HTTP) é uma forma de entrega de conteúdo multimídia de vídeo e áudio pela internet, chamada de conteúdo multimídia, conteúdo de mídia, serviços de mídia ou de forma semelhante. No streaming por HTTP, um arquivo multimídia pode ser particionado em um ou mais segmentos e entregue a um cliente por meio de um protocolo HTTP. A entrega de conteúdo multimídia por HTTP (streaming) proporciona uma entrega de conteúdo confiável e simples, em razão da adoção prévia em grande número, do HTTP e de seus protocolos subjacentes, Protocolo de controle de transmis- são/Protocolo de internet (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - TCP/IP). Além disso, a entrega por HTTP simplifica os serviços de streaming ao evitar a Tradução de endereços de rede (Network Address Translation - NAT) e problemas de travessia de firewall. O streaming por HTTP oferece também a capacidade de usar servidores e caches de HTTP padrão, em vez de servidores de streaming especializados, que são mais difíceis de dimensionar por causa de informações adicionais, sobre o estado, mantidas nesses servidores. Exemplos de tecnologias de streaming por HTTP são Internet Information Services (IIS) Smooth Streaming da Microsoft, HTTP Live Streaming da Apple e HTTP Dynamic Streaming da Adobe.
[0003] Streaming de vídeo adaptativo envolve a otimização contí nua das configurações de vídeo tais como a taxa de bits, resolução e taxa de quadros com base na troca das condições do link, capacidades do dispositivo e características do conteúdo. O streaming adapta- tivo melhora a experiência de visualização do vídeo para o usuário final no que diz respeito aos objetivos de desempenho, como a alta qualidade do vídeo, o pouco atraso em iniciar e a reprodução sem interrupção. Tradicionalmente, o streaming adaptativo de vídeo envolvia um Protocolo de streaming em tempo real (Real-Time Streaming Protocol - RTSP). O RTSP contém um cliente que se conecta a um servidor de streaming que rastreia o estado do cliente até que ele se des- conecte. O rastreio do estado do cliente acarreta uma comunicação frequente entre o cliente e o servidor, incluindo o provisionamento de sessão e a negociação de parâmetros das mídias. Uma vez que o cliente e o servidor estabeleçam uma sessão, o servidor enviará as mídias como um fluxo contínuo de pacotes por Protocolo de datagrama de usuários (User Datagram Protocol - UDP) ou transporte por TCP. Exemplos de tecnologias de streaming adaptativo por RTSP incluem: Windows Media™ da Microsoft, QuickTime™ da Apple, Flash™ da Adobe e Helix™ da Real Networks, entre outros.
[0004] Streaming adaptativo dinâmico por HTTP (DASH) é uma tecnologia de streaming adaptativo por HTTP padronizada pela TS 26.247 do Projeto de parceria de terceira geração (Third Generation Partnership Project - 3GPP) e pelo ISO/IEC DIS 23009-1 do Grupo de especialistas em imagens com movimento (Moving Picture Experts Group - MPEG). No entanto, várias organizações de padrões implementam a tecnologia DASH, incluindo o Fórum aberto de televisão por protocolo de internet (Internet Protocol Television - IPTV) (Open Forum IPTV - OIPF) e TV híbrida de transmissão de banda larga (Hybrid Broadcast Broadband TV - HbbTV), entre outras. O DASH opera de forma diferente em comparação com o streaming adaptativo por RTSP porque o DASH opera pelo uso do protocolo HTTP sem estado.
[0005] O DASH especifica os formatos de um arquivo de metada dos de descrição de apresentação de mídia (Media Presentation Description - MPD). O arquivo MPD fornece informações sobre a estrutura e as diferentes versões das representações do conteúdo de mídia armazenadas no servidor. O arquivo MPD especifica também os formatos do segmento, ou seja, informações referentes à inicialização e aos segmentos das mídias de um reprodutor (player) de mídia, de maneira a garantir o mapeamento dos segmentos em uma linha do tempo de apresentação de mídia para trocar e sincronizar apresentações com outras representações. Por exemplo, o reprodutor de mídia inspeciona os segmentos de inicialização identificados no arquivo MPD, de maneira a entender o formato do recipiente e as informações de tempo das mídias.
[0006] As tecnologias de comunicação sem fio, como a Interope rabilidade mundial para acesso de micro-ondas (Worldwide Interoperability for Microwave Access - WiMAX) ou a Evolução de longo prazo (Long Term Evolution - LTE), evoluíram para entregar serviços ricos de conteúdo multimídia e vídeo, além dos serviços tradicionais de voz e de dados. As típicas comunicações de multimídia sem fio envolvem a transmissão de uma fonte contínua por um canal ruidoso. Exemplos comuns são as comunicações faladas, TV móvel, vídeo móvel e streaming de transmissão. Nessas comunicações, a fonte multimídia é codificada e comprimida em um fluxo finito de bits, e esse fluxo de bits é então comunicado por um canal ruidoso. A codificação da fonte é executada de maneira a converter a fonte contínua em um fluxo finito de bits. A codificação do canal é realizada para mitigar os erros no fluxo de bits, introduzidos pelo canal ruidoso. A codificação do canal e da fonte gera degradação na qualidade durante a reprodução das mídias, o que é geralmente atribuído a fatores como altos níveis de distorção, largura de banda limitada, atraso excessivo, restrições de energia e limitações computacionais complexas. Não obstante, pode ser importante transmitir a fonte por canais sem fio de variação de tempo, para satisfizer determinadas restrições da qualidade de serviço (Quality of Service - QoS) ou da qualidade da experiência (Quality of Experience - QoE) ponto a ponto (end-to-end), incluindo a distorção média e os requisitos de qualidade de multimídia, como no streaming de vídeo em tempo real.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0007] Os aspectos das formas de realização serão aparentes com base na descrição detalhada das formas de realização a seguir, que procede com referência aos desenhos anexos. As formas de realização estão ilustradas a título de exemplo e não a título de limitação nas figuras dos desenhos anexos.
[0008] A Figura 1 é um diagrama de blocos dos procedimentos no cliente e no servidor para DASH.
[0009] A Figura 2 é um diagrama de blocos de uma arquitetura de QoE ponto a ponto baseada em aplicativo para entrega de serviços de DASH.
[0010] A Figura 3 é um diagrama de blocos de um modelo de da dos de alto nível, de uma estrutura hierárquica de arquivo MPD de metadados exibindo atributos de QoE e de largura de banda granular, incluídos no conjunto de adaptações, representação, sub-representação, segmento e níveis subsequentes.
[0011] A Figura 4 é um diagrama de blocos de uma arquitetura de adaptação de cliente DASH.
[0012] A Figura 5 é um diagrama de blocos de uma arquitetura de camada cruzada para adaptação de cliente DASH.
[0013] A Figura 6 é um diagrama de blocos de um sistema de ma nipulação de informações capaz de implementar streaming adaptativo, baseado em qualidade, por protocolo de transferência de hipertexto.
[0014] A Figura 7 é uma vista isométrica de um sistema de mani pulação de informações da Figura, de acordo com uma forma de realização de um tablet móvel.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO
[0015] No DASH, um arquivo de manifesto (chamado de descrição de apresentação de mídia, ou arquivo MPD no contexto do DASH) fornece informações hierárquicas dos metadados sobre a estrutura e a disponibilidade de diferentes versões de conteúdo de mídia disponível para streaming. A redução dos níveis hierárquicos do arquivo MPD caracteriza partes menores do conteúdo de mídia. Por exemplo, em um arquivo MPD, um conjunto de adaptações representa um componente de conteúdo de mídia (por exemplo, o vídeo, áudio, legendas ou outros componentes principais), e um elemento de representação dentro de um conjunto de adaptações descreve uma versão codificada para entrega de um dos vários componentes de conteúdo de mídia. O DASH também prevê sub-representações, que normalmente fornecem a habilidade para acessar uma versão de qualidade inferior da representação, em que estão contidas. As sub-representações, por exemplo, permitem a extração de faixas de áudio em uma representação multiplexada ou podem permitir operações de avanço rápido, se fornecidas com uma taxa de quadro menor. O DASH também especifica partes endereçáveis exclusivas das representações (chamadas de segmentos), incluindo informações para garantir o mapeamento dos segmentos em uma linha do tempo de apresentação de mídia, para troca e sincronização da apresentação entre diferentes representações de um conjunto de adaptações, ou entre diferentes representações de dois ou mais conjuntos de adaptação.
[0016] Em um exemplo, um arquivo MPD especifica componentes de áudio e vídeo como conjuntos de adaptação separados, com cada um deles incluindo uma ou mais representações que descrevem versões disponíveis diferentes dos respectivos conteúdos do componente. Em algumas formas de realização, as diferentes versões disponíveis estão codificadas com diferentes taxas de bits, taxas de quadro, resoluções, tipos de codec ou outras características especificadas na representação ou nos níveis do segmento dentro de um conjunto de adaptações (ou níveis de sub-representação ou subsegmento).
[0017] Com base nas informações de metadados da MPD, que descrevem a relação dos segmentos e como eles formam uma apresentação de mídia, os clientes solicitam os segmentos usando HTTP GET ou métodos GET parciais. Quando um cliente solicita dados, o servidor responde enviando os dados, ponto em que a transação chega ao fim. Assim, cada solicitação HTTP é tratada como uma transação completamente isolada e única. O cliente controla totalmente a sessão de streaming, ou seja, gerencia a solicitação na hora e o pla- yout suave (smooth playout) da sequência de segmentos, provavelmente solicitando segmentos que contenham diferentes taxas de bits ou outros parâmetros de adaptação de vídeo, ao reagir às alterações no estado do dispositivo ou nas preferências do usuário. Assim, o DASH move a inteligência adaptativa de streaming do servidor para o cliente; o cliente direciona a sessão de streaming e toma decisões sobre os atributos que indicam os parâmetros de adaptação de vídeo. Serviços baseados em DASH podem ser entregues por meio de diferentes arquiteturas de rede de acesso via rádio (Radio Access Network - RAN) 3GPP e rede principal de IP e podem ser compatíveis com parâmetros de adaptação como QoS e adaptação de serviço com base em QoE.
[0018] Para permitir a entrega de conteúdo multimídia com QoE alta e de maneira difundida, é bom conceber metodologias genéricas de projeto de camada cruzada para otimizar a QoE do usuário e aumentar a QoS. A otimização de camada cruzada baseada em QoE baseia-se em estratégias de gerenciamento de recurso nas camadas inferiores (ou seja, PHY, MAC, rede e camadas de transporte) ao projetar os algoritmos de streaming e de compressão de vídeo que considerem os mecanismos de controle de erros e de alocação de recursos, fornecidos pelas camadas inferiores, e ao considerar as características específicas dos aplicativos de vídeo. Por exemplo, a adaptação da taxa de bit baseada em PHY/MAC/NET no nível do codec, permite que o serviço de streaming adapte sua taxa de bits às condições variáveis de rede (por exemplo, alterando a disponibilidade de recurso, natureza variável em tempo do canal sem fio), garantindo uma maior QoE e, ao mesmo tempo, mantendo a reprodução do conteúdo multimídia sem interrupções. A adaptação do aplicativo baseado em PHY/MAC/NET nas camadas de rádio, rede e transporte é feita ao explorar o conhecimento de vários atributos das camadas dos aplicativos, associados ao conteúdo e ao serviço de vídeo. Por exemplo, o conhecimento das características da taxa de distorção do fluxo de vídeo pode permitir a realização do agendamento baseado na QoE na camada PHY/MAC, que melhora a qualidade do vídeo. Outro exemplo é o streaming adaptativo baseado em conteúdo, em que os protocolos de streaming no nível do transporte são adaptados às características do conteúdo de vídeo.
[0019] As características do conteúdo de vídeo mudam frequen temente com base na natureza do conteúdo, que é um dos motivos pelos quais os codificadores nem sempre podem gerar a qualidade consistente e ao mesmo tempo gerar fluxos de bits que tenham determinadas taxas de bits. Por exemplo, cenas estáticas e ativas de troca rápida, como em clipes de vídeo de esportes durante uma transmissão de notícias, são difíceis de codificar com qualidade consistente e, assim, a qualidade dos dados codificados pode flutuar de forma significativa. Além disso, os sistemas atuais de comunicação sem fio e os protocolos de streaming adaptativos (por exemplo, DASH do 3GPP e DASH do MPEG) não possibilitam a troca de informações de QoE no arquivo MPD para indicar flutuações na qualidade. Em vez disso, as camadas PHY/MAC/NET são agnósticas aos requisitos e características da camada do aplicativo e objetivam simplesmente a otimização da qualidade do link de acordo com determinados requisitos-alvo de QoS (por exemplo, throughput (rendimento específico), latên- cia/tremulação, taxa de erro/perda de pacote ou outros requisitos de QoS).
[0020] A Figura 1 mostra uma rede de streaming adaptativa habili tada por DASH 100, incluindo um cliente 110 que obtém serviços de multimídia de um servidor web 112 que, por sua vez, fornece o conteúdo multimídia de um servidor de mídia/web 114 em que o conteúdo multimídia é armazenado. O servidor de mídia/web 114 recebe o conteúdo multimídia por meio de entradas de áudio/vídeo 116, que podem ser um fluxo de entrada ao vivo ou conteúdo de mídia armazenado previamente, em que as mídias são enviadas ao cliente por streaming 110. O servidor de mídia/web 114 pode conter um codificador de mídia 124, para codificar o conteúdo de mídia para um formato adequado, e um segmentador de mídia 126 para dividir o conteúdo de entrada de mídia em uma série de fragmentos ou pedaços adequados para streaming. O cliente 110 pode incluir um navegador web 118 para interagir com o servidor web 112 e um decodificador/reprodutor de mídia 120 para decodificar e renderizar o conteúdo multimídia de streaming.
[0021] Em algumas formas de realização, o cliente 110 abre uma ou várias conexões TCP para um ou vários servidores HTTP padrão ou caches. O cliente recupera então um arquivo MPD fornecendo in- formações de metadados sobre a estrutura e a disponibilidade de versões diferentes do conteúdo de mídia armazenado no servidor de mí- dia/web 114, incluindo, por exemplo, diferentes taxas de bits, taxas de quadro, resoluções, tipos de codec e outras informações do modelo de dados MPD, especificadas nos padrões de DASH, TS 26.247 do 3GPP e ISO/IEC 23009-1: 2012(E). Em algumas formas de realização, o software de análise de XML em execução no cliente 110 abre (ou acessa pela memória) a informação de MPD, para obter o URL do HTTP dos segmentos e outras informações de metadados associadas, de maneira que os segmentos possam ser mapeados em uma linha do tempo de apresentação de mídia. O cliente 110 solicita novos dados em pedaços usando mensagens HTTP GET ou HTTP GET parcial, para obter segmentos menores de dados (HTTP GET URL(FRAG1 REQ), FRAGMENT 1, HTTP GET URL(FRAGi REQ), FRAGMENTi) da versão selecionada do arquivo de mídia com mensagens individuais HTTP GET, que imitam o streaming por meio de downloads curtos, conforme mostrado na Figura 1. O URL da mensagem HTTP GET é usado para informar ao servidor web 112 qual segmento ou segmentos o cliente está solicitando. Como resultado, o navegador web 118 puxa as mídias do servidor web 112 segmento por segmento (ou sub- segmento por subsegmento, com base nas solicitações de faixa de bytes).
[0022] A implementação de DASH na rede 100 proporciona ao cli ente 110 a habilidade de escolher automaticamente uma taxa inicial de conteúdo para fazer a correspondência com a largura de banda inicial disponível, sem exigir a negociação com o servidor web de streaming 112, e de trocar dinamicamente entre as diferentes taxas e bits das representações à medida que a largura de banda disponível mudar. Como resultado, a implementação de DASH na rede 100 permite uma adaptação mais rápida às condições de alteração de rede e do link de conexão, às preferências do usuário, às características do conteúdo e às capacidades do dispositivo, tais como a resolução de tela, velocidade e recursos do processador, recursos de memória e assim por diante. Essas adaptações dinâmicas fornecem a QoE superior (por exemplo, consistente) do usuário, incluindo menores atrasos na inicialização, menos eventos de rearmazenamento em buffer, melhor qualidade de vídeo ou outras melhorias.
[0023] De acordo com uma ou mais formas de realização, a habili tação de DASH na rede 100 move a inteligência de streaming adapta- tivo do servidor 112 para o cliente 110, deixando-o 110 conduzir a sessão de streaming e tomar as decisões sobre os parâmetros de adaptação de vídeo. Assim, uma estrutura inteligente de adaptação do cliente, construída especificamente para serviços de streaming baseados em DASH, pode ser implementada em uma ou mais formas de realização, para rastrear o estado da sessão. Tal mudança de paradigma da tecnologia baseada em push, RTSP de streaming para a tecnologia baseada em pull e HTTP é capaz de entregar uma QoE de usuário melhor ou ideal. Além disso, em razão das suas diferenças com relação aos serviços tradicionais de streaming baseados em RTSP, a entrega dos serviços baseados em DASH por meio de arquiteturas de 3GPP RAN e rede principal de IP pode ser implementada, com suporte para adaptações baseadas em QoE e adaptações de serviços. Um exemplo de diagrama de entrega de QoE ponto a ponto de serviços de DASH é mostrado na Figura 2.
[0024] A Figura 2 retrata uma arquitetura de QoE ponto a ponto 200 que pode ser utilizada para implementar entrega de serviços DASH na rede 100. No exemplo mostrado na Figura 2, a rede 100 pode ser uma rede 3GPP ou similar. Em uma ou mais formas de realização alternativas, a rede 100 pode implementar uma evolução do padrão 3GPP, tal como um padrão 3GPP LTE, um padrão LTE avan- çado, um padrão de Quarta geração (4G) ou outros padrões. A rede 100 pode implementar um padrão do Instituto de Engenheiros Elétricos (Institute of Electrical Engineers -IEEE) 802.16, tal como o padrão IEEE 802.16e ou IEEE 802.16m, para implementar uma rede WiMAX ou uma rede WiMAX-II. Conforme mostrado na Figura 2, a arquitetura QoE ponto a ponto 200 compreende uma rede sem fio 210 e uma rede de protocolo de internet (IP) 212. Os subcomponentes da rede sem fio 210 e da rede IP 212 são uma rede pública 214, que pode ser a internet, uma rede de núcleo 216, uma rede de acesso 218, uma estação de base 220 que pode ser um Nó B aprimorado (eNB) e uma estação móvel 222 que pode ser um equipamento de usuário (EU). De acordo com uma ou mais formas de realização, um servidor DASH 224 (servidor web 112) é capaz de fornecer conteúdo multimídia de streaming 226 para uma estação móvel 222 (cliente 110) por meio de uma rede IP 212 e uma rede sem fio 210.
[0025] Conforme observado acima, no streaming adaptativo, um cliente recebe um arquivo de manifesto que inclui metadados que fornecem informações sobre a qualidade e a taxa de diferentes partes das mídias disponíveis para streaming. Por exemplo, o arquivo MPD (no contexto de DASH) é obtido por um cliente, que então solicita segmentos e subsegmentos correspondentes às várias representações descritas na MPD. O cliente pode alternar entre diferentes representações por meio de pontos de acesso aleatório (pontos de acesso de segmento) por meio do rastreio contínuo da largura de banda, qualidade, carga de CPU ou outras informações em um esforço para otimizar a QoE do usuário. Para evitar uma variação de qualidade muito alta e manter uma alta QoE quando houver a troca entre os pontos de acesso aleatórios, o cliente pode usar as informações sobre a qualidade, fornecidas na MPD, para determinar se, quando e onde a troca de segmentos deve ocorrer.
[0026] Em tentativas anteriores de streaming adaptativo, no entan to, os arquivos de metadados continham informações limitadas que o cliente poderia usar para manter uma alta QoE. Por exemplo, a largura de banda do conteúdo de mídia foi especificada no contexto do padrão de DASH, de acordo com o atributo da largura de banda (@bandwidth) incluído em um elemento de representação — no nível da representação em um conjunto de adaptações do arquivo MPD hierárquico. Assim, cada representação (ou sub-representação) pode representar uma versão codificada do conteúdo de mídia, com diferentes taxas de bits identificadas pelo atributo @bandwidth. Embora o atributo @bandwidth tenha fornecido aos clientes DASH a capacidade de alternar dinamicamente entre as representações formatadas para DASH e as sub-representações baseadas em uma comparação de curso do valor @bandwidth e uma estimativa da largura de banda do link, nenhuma informação de qualidade estará disponível na MPD. Particularmente, nas tentativas anteriores, não havia nenhuma informação de qualidade no arquivo MPD, que poderia ser usada pelo cliente para identificar rapidamente e excluir componentes de mídia com necessidades excessivas ou inadequadas de largura de banda. Além disso, o atributo @bandwidth não sinalizou para o cliente DASH em conjunto com a qualidade correspondente e a QoE associada com conteúdo de mídia diferente e codificado. Assim, se o cliente DASH selecionar segmentos de conteúdo de mídia formatado para DASH, com base no valor de @bandwidth na representação, as seguintes ineficiências podem parecer. Primeiro, alguns dos segmentos (por exemplo, aqueles das cenas de movimentação lenta) selecionados para streaming estão sendo codificados com qualidade muito maior do que é necessário para exibir no cliente DASH, desperdiçando assim, largura de banda na transmissão por streaming. Segundo, outros segmentos (por exemplo, das cenas de movimentação rápida) podem ter qua- lidade insuficiente e depreciar a experiência do usuário final. Conse-quentemente, as tecnologias anteriores de streaming adaptativo não fornecem informação suficiente para permitir que um cliente alterne, de forma inteligente, entre os fluxos com base nas características de qualidade.
[0027] Os presentes inventores reconheceram que as adaptações guiadas pela qualidade, no cliente, poderiam melhorar a QoE do streaming quando a qualidade percebida por uma taxa de bits selecionada (ou seja, @bandwidth) fica abaixo de uma quantidade desejada ou objetivada. Além disso, a largura de banda pode ser guardada quando a qualidade alcançada por uma taxa de bits selecionada exceder uma quantidade desejada. Ademais, a qualidade do conteúdo pode variar de maneira significativa entre os segmentos e subsegmentos do conteúdo de mídia, mas conforme observado anteriormente, a qualidade da sinalização não foi especificada na MPD e, por isso, não foi possível indicar as variações de qualidade entre os segmentos ou subseg- mentos em um fluxo. As informações de qualidade fornecidas na MPD, incluindo informações sobre qualidade máxima e mínima, aumentam a habilidade do cliente em selecionar e trocar dinamicamente os fluxos ideais com base, por exemplo, na largura de banda e na qualidade de cada segmento.
[0028] Da mesma forma, a Figura 3 mostra um modelo de dados de MPD que inclui, nos níveis de representação e sub-representação, informações relacionadas com a qualidade (além de informações sobre a taxa de bits, resolução e taxa de quadros fornecidas anteriormente) de diferentes versões codificadas dos vários componentes de mídia. Além disso, o modelo contém também informações sobre qualidade e taxa de bits ao longo dos segmentos e subsegmentos das várias representações e sub-representações dentro de um período, para indicar as variações de qualidade e taxa dentro da mídia de uma forma mais granular, permitindo adaptações mais dinâmicas e de qualidade ideal. Embora a Figura 3 mostre um arquivo MPD no contexto de DASH, os dados de qualidade podem ser incluídos em arquivos de manifesto semelhantes de outras tecnologias de streaming adaptativo.
[0029] A Figura 3 mostra um modelo de dados de arquivo MPD formatado para DASH 300 (ou simplesmente MPD 300) que inclui elementos contendo atributos para streaming adaptativo baseado em qualidade. Por exemplo, cada período 310 contém um ou mais conjuntos de adaptações 320, contendo uma ou mais representações 330, que descrevem os componentes do conteúdo de mídia (indicados por segmentos 340) e sub-representações 350. Cada representação 330 consiste em um ou mais segmentos 340 que contêm subsegmentos 350. As representações 330 podem também conter sub- representações 360, conforme explicado acima.
[0030] De acordo com algumas formas de realização, os conjuntos de adaptações 320 incluem informações de qualidade com os dois atributos 370 a seguir: Qualidade mínima, que especifica um valor mínimo de qualidade para todas as representações em um conjunto de adaptações; e qualidade máxima, que especifica um valor máximo de qualidade para todas as representações em um conjunto de adaptações. Esses atributos contêm valores que quantificam os níveis máximo e mínimo de qualidade ao longo de uma linha do tempo especificada (por exemplo, uma duração especificada do conteúdo de mídia) que pode corresponder a um período, segmento ou subsegmento. Em algumas formas de realização, esses valores podem indicar medidas mínimas e máximas de longo prazo (ou médio), ao longo de toda a duração do conjunto de adaptações. Em outra forma de realização, conjuntos vetorizados de valores de qualidade podem ser fornecidos para especificar os níveis mínimo e máximo de qualidade para o conjunto de adaptações ao longo de diferentes segmentos e subsegmentos.
[0031] De acordo com outra forma de realização, uma representa ção 330 contém um atributo que representa a qualidade 380, que atribui um valor de qualidade ao conteúdo descrito pela representação 330. Esse valor pode quantificar o nível de qualidade ao longo de uma linha do tempo especificada, que pode corresponder a durações de um período, segmento ou subsegmento. Em algumas formas de realização, esse valor pode indicar medidas de qualidade de longo prazo (ou médio) ao longo de toda a duração do conjunto de representações. Em outra forma de realização, conjuntos vetorizados de valores de qualidade podem ser fornecidos para especificar níveis de qualidade ao longo de diferentes segmentos e subsegmentos da representação. Em outras formas de realização, os dois atributos 370, qualidade mínima e máxima, podem também ser declarados no nível da representação 330, quantificando os níveis de qualidade ao longo de uma linha do tempo especificada, que pode corresponder a um período, segmento ou subsegmento. Em algumas formas de realização, esses valores podem indicar medidas mínimas e máximas de longo prazo (ou médio) ao longo de toda a duração da representação. Em outra forma de realização, conjuntos vetorizados de valores de qualidade podem ser fornecidos para especificar níveis de qualidade mínima e máxima ao longo de diferentes segmentos e subsegmentos da representação.
[0032] De acordo com outra forma de realização, uma sub- representação contém um atributo 380 representando uma métrica de qualidade que atribui um valor de qualidade ao conteúdo descrito pela sub-representação. Esse valor pode quantificar o nível de qualidade ao longo de uma linha do tempo especificada, que pode corresponder a um período, segmento ou subsegmento. Em algumas formas de realização, esse valor pode indicar medidas de qualidade de longo prazo (ou médio) ao longo de toda a duração do conjunto de sub- representação. Em outra forma de realização, conjuntos vetorizados de valores de qualidade podem ser fornecidos para especificar níveis de qualidade ao longo de diferentes segmentos e subsegmentos da sub-representação.
[0033] Os segmentos e subsegmentos podem conter um atributo 390 que descreve a largura de banda e a qualidade, de uma maneira mais granular, no nível do segmento, do subsegmento ou de ambos. Em algumas formas de realização, a largura de banda e os níveis de qualidade podem ser especificados para uma determinada faixa de bytes (faixa de bytes) dentro de um segmento ou subsegmento. De maneira geral, os atributos de qualidade de largura de banda podem ser associados com qualquer faixa de bytes, em um segmento ou sub- segmento, ou qualquer faixa de bytes que se expanda ao longo de vários segmentos ou subsegmentos.
[0034] Os atributos de qualidade 370, 380 e 390 incluem valores de qualidade que são termos especificados de métricas de qualidade que acessam ou comparam a qualidade objetiva ou subjetiva do conteúdo de mídia. As métricas de qualidade nesse contexto podem ser métricas úteis. Alguns exemplos incluem as seguintes métricas: Vídeo MS-SSIM (Similaridade estrutural multiescala - Multi-Scale Structural SIMilarity), MOS (Pontuação média de opinião - Mean Opinion Score) de vídeo, VQM (Métrica de qualidade de vídeo - Video Quality Metrics), SSIM (Métrica de similaridade estrutural - Structural Similarity Metrics), PSNR (Relação sinal-ruído de pico - Peak Signal-to- Noise Ratio), PEVQ (Avaliação perceptiva da métrica de qualidade de vídeo - Perceptual Evaluation of Video Quality metrics) e outras métricas de qualidade objetivas ou subjetivas.
[0035] Os atributos de MPD recém-introduzidos podem também ser usados como parte dos procedimentos de relatório da métrica de QoE. As metodologias, as métricas de desempenho e os protocolos e/ou mecanismos de relatório de avaliação de QoE podem ser usados para otimizar a entrega do streaming por HTTP e dos serviços de DASH. Por exemplo, o monitoramento e a resposta da QoE podem trazer benefícios para detectar e depurar erros, gerenciar o desempenho do streaming, habilitar a adaptação inteligente do cliente (que pode ser útil para os fabricantes de dispositivos) e para facilitar a adaptação de rede baseada na QoE e no provisionamento do serviço, o que pode ser útil para o operador de rede e o provedor de conteú- do/serviço.
[0036] A Figura 4 mostra uma arquitetura de adaptação de cliente DASH 400 e as informações associadas da camada de comunicação da interconexão de sistemas abertos (Open Systems Interconnection - OSI) 422 para o cliente 110. A arquitetura de adaptação do cliente 400 da Figura 4 pode compreender uma arquitetura de adaptação da plataforma otimizada de camada cruzada para DASH, conforme mostrado na Figura 5 abaixo, em que os componentes de vídeo, transporte e rádio na plataforma cooperam e trocam informações com o objetivo de identificar, de uma maneira conjunta, as melhores configurações da plataforma, necessárias para otimizar a QoE do usuário. Em uma ou mais formas de realização, a arquitetura de adaptação do cliente DASH 400 compreende os blocos de sistema a seguir. Uma adaptação de rádio e um bloco de mecanismo de QoS 410 é capaz de determinar uma adaptação no nível do rádio e os parâmetros de QoS. Uma adaptação de rede e um bloco de mecanismo de QoS 412 é capaz de determinar uma adaptação no nível da rede e os parâmetros de QoS. Um bloco de cliente de acesso HTTP 414 é capaz de manipular operações de protocolo de transferência de hipertexto/protocolo de controle de transmissão/protocolo de internet (HTTP/TCP/IP) no nível de transporte e de estabelecer e gerenciar as conexões TCP. Um bloco de mecanismo de controle de DASH 416 é capaz de analisar a MPD e determinar os parâmetros de streaming para DASH, por exem- plo, parâmetros de QoE ou largura de banda da duração de um segmento DASH, mostrado na Figura 3, ou a sequência e o tempo das solicitações HTTP. Um mecanismo de adaptação de mídia 418 é capaz de determinar os parâmetros de adaptação no nível do codec. Um monitor opcional de QoE 420 é capaz de medir dinamicamente a QoE e de compará-la às informações de qualidade recebidas no arquivo MPD.
[0037] Em uma ou mais formas de realização, a plataforma de cli ente DASH 400 pode ter uma ou várias configurações que podem ser otimizadas em conjunto nos níveis de vídeo, transporte e/ou rádio, por meio de uma cooperação de camada cruzada, em que as configurações incluem os parâmetros a seguir. Parâmetros no nível do vídeo podem ser usados para configurar a taxa de bit do vídeo, a taxa de quadros e/ou a resolução, em que as decisões do cliente 110 são capazes de direcionar as representações de conteúdo da solicitações do servidor DASH 112, com base nos parâmetros de qualidade no arquivo MPD mostrado na Figura 3. Os parâmetros no nível do transporte podem ser usados para configurar a sequência e o cronograma das solicitações HTTP, o número das conexões TCP paralelas e/ou as durações dos segmentos DASH. Os parâmetros no nível de rede e de rádio podem ser usados para configurar o esquema de modulação e codificação (Modulation and Coding Scheme - MCS) e/ou parâmetros- alvo de QoS da rede de núcleo 216 e da rede de acesso via rádio 218. A arquitetura de adaptação do cliente DASH otimizada em camada cruzada 500 é mostrada e descrita no que se refere à Figura 5 abaixo.
[0038] Com referência à Figura 5, será discutido um diagrama de blocos de uma arquitetura de adaptação do cliente DASH otimizada em camada cruzada, de acordo com uma ou mais formas de realização. A arquitetura de adaptação do cliente DASH otimizada em camada cruzada 500 da Figura 5 é capaz de otimizar a configuração da arquitetura de adaptação do cliente DASH da Figura 4 acima. Em uma ou mais formas de realização, a arquitetura de adaptação do cliente DASH otimizada em camada cruzada 500 inclui um gerenciador de adaptação de camada cruzada 510, que pode otimizar a configuração da arquitetura de adaptação do cliente DASH 400 ao rastrear dinamicamente os parâmetros a seguir e usá-los como entradas para decisões, no sentido de adaptar em conjunto as configurações do cliente DASH, por meio da cooperação de camada cruzada. Os parâmetros de QoE medidos podem ser utilizados para otimizar e confirmar as métricas VQM, MS-SSIM, SSIM PEVQ, MOS ou outras métricas de quali-dade objetivas ou subjetivas. Além disso, os parâmetros adicionais podem ser otimizados, incluindo: características medidas da taxa de distorção de vídeo; preferências do usuário na camada do aplicativo; informações de multimídia recuperadas da MPD; informações recebidas da rede sobre o estado atual de disponibilidade de QoS e congestionamento; parâmetros medidos de QoS dinâmico como throughput, latência, confiança e assim por diante; condições medidas de ca- nal/rede dinâmicos nos níveis de rádio e de transporte; ou provisões de força ou de latência; e requisitos de unidade de processamento central (CPU)/buffer/memória no nível da arquitetura da plataforma. No entanto, esses são somente parâmetros de exemplos que podem ser otimizados por meio de uma arquitetura de adaptação do cliente DASH otimizada em camada cruzada 500.
[0039] A Figura 6 mostra um diagrama de blocos de um sistema de manipulação de informações 600 capaz de implementar streaming adaptativo baseado em qualidade por HTTP, em conformidade com uma ou mais formas de realização. O sistema de manipulação de informações 600 pode incorporar, de maneira tangível, um ou mais elementos da rede 100, conforme mostrado e descrito com relação à Figura 1 e Figura 2. Por exemplo, o sistema de manipulação de infor- mações 600 pode representar o hardware do cliente 110, um servidor web eNB 112 e/ou um servidor de mídia/web 114 com mais ou menos componentes, dependendo das especificações de hardware do dispositivo ou do elemento de rede específicos. Embora o sistema de manipulação de informações 600 represente um exemplo de vários tipos de plataformas de computação, ele 600 pode conter mais ou menos elementos e/ou diferentes disposições de elementos do que aquele mostrado na Figura 6.
[0040] O sistema de manipulação de informações 600 pode conter um ou mais processadores, como o processador 610 e/ou o processador 612, que podem ter um ou mais núcleos processadores. Um ou mais dos processadores 610, 612 podem acoplar-se a uma ou mais memórias 616, 618 por meio de ponte de memória 614, que pode ser disposta externamente ao processador 610, 612 ou, como alternativa, pelo menos em parte disposta dentro de um ou mais processadores 610, 612. A memória 616, 618 pode incluir vários tipos de memória baseada em semicondutores, por exemplo, memória do tipo volátil e/ou memória do tipo não volátil. A ponte de memória 614 pode acoplar-se a um sistema gráfico 620 para conduzir um dispositivo de exibição (não mostrado) acoplado ao sistema de manipulação de informações 600.
[0041] O sistema de manipulação de informações 600 pode incluir ainda uma ponte de entrada/saída (E/S) 622 para acoplar-se a vários tipos de sistemas de E/S. Um sistema de E/S 624 pode ser, por exemplo, um sistema do tipo barramento serial universal (USB), um sistema do tipo IEEE-1394, ou similares, para acoplar um ou mais dispositivos periféricos ao sistema de manipulação de informações 600. Um sistema de barramento 626 pode incluir um ou mais sistemas de barramento, como um barramento de interconexão de componentes periféricos (PCI) (Peripheral Component Interconnect - PCI) expresso ou similares, para conectar um ou mais dispositivos periféricos ao sistema de manipulação de informações 600. Um sistema controlador da unidade de disco rígido (HDD) 628 pode acoplar uma ou mais unidades de disco rígido ou similares ao sistema de manipulação de informações, por exemplo, unidades do tipo Serial ATA ou similares ou, de forma alternativa, uma unidade baseada em semicondutores incluindo uma memória flash, troca de fase e/ou memórias do tipo calcogeneto ou similares. O comutador 630 pode ser usado para acoplar um ou mais dispositivos comutados à ponte de E/S 622, por exemplo, dispositivos do tipo Gigabit Ethernet ou similares. Além disso, conforme mostrado na Figura 6, o sistema de manipulação de informações 600 pode incluir um transceptor de radiofrequência (RF) 632 que contenha circuitos de RF e dispositivos acoplados a uma ou mais antenas 634 para comunicação sem fio com outros dispositivos de comunicação sem fio e/ou por meio de redes sem fio como o sistema de transmissão 100 da Figura 1 da Figura 2. Quando o sistema de manipulação de informações incluir várias antenas 634, o receptor de RF 632 poderá implementar esquemas de comunicação de múltiplas entradas, múltiplas saídas (Multiple-Input, Multiple-Output - MIMO). Um exemplo de forma de realização de um sistema de manipulação de informações, no contexto de um EU, é mostrado e descrito em relação à Figura 7 abaixo.
[0042] A Figura 7 é uma vista isométrica do sistema de manipula ção de informações 600 da Figura 6, materializado como um telefone celular, um smartphone, um dispositivo do tipo tablet ou similares. O sistema 600 inclui o cliente 110 da Figura 1 e implementa streaming adaptativo baseado em qualidade por HTTP de acordo com uma ou mais formas de realização. O sistema de manipulação de informações 600 pode incluir uma carcaça 710 contendo uma tela 712 que pode ser uma tela sensível ao toque 714 para receber controle e comandos de entrada tátil por meio dos dedos 716 de um usuário e/ou por meio de um estilo 718 para controlar um ou mais processadores 610 ou 612. A carcaça 710 pode alojar um ou mais componentes do sistema de manipulação de informações 600, por exemplo, um ou mais processadores 610, 612, uma ou mais memórias 616, 618 ou transceptores 632. O sistema de manipulação de informações 600 pode incluir ainda, opcionalmente, uma área de atuação física 720, que pode incluir um teclado ou botões para controlar os sistemas de manipulação de informações por meio de um ou mais botões ou comutadores. O sistema de manipulação de informações 600 pode incluir também uma porta ou um slot 722 para receber uma memória não volátil, como uma memória flash, na forma de um cartão digital seguro (SD) ou um cartão de módulo de identificação do assinante (SIM). Opcionalmente, o sistema de manipulação de informações 600 pode incluir ainda um ou mais alto-falantes e microfones 724, e uma porta de conexão para conectar o sistema de manipulação de informações 600 a outro dispositivo eletrônico, dock, tela, carregador de bateria e assim por diante. Além disso, o sistema de manipulação de informações 600 pode incluir um conector (jack) para fone de ouvido (headphone) ou microfone 728 e uma ou mais câmaras 730 em um ou mais lados da carcaça 710. Deve-se observar que o sistema de manipulação de informações 600 das Figuras 6 e 7 podem incluir mais ou menos elementos do que aqueles mostrado, com várias disposições.
[0043] Em algumas formas de realização, o sistema de manipula ção de informações inclui um dispositivo de rede sem fio para suportar o streaming de mídia adaptativo baseado em qualidade por uma rede, com o dispositivo de rede sem fio contendo um transceptor de radiofrequência para receber o arquivo de manifesto. Conforme discutido com referência à Figura 3 acima, o arquivo de manifesto é uma estrutura hierárquica que define o nível do conjunto de adaptações de uma diversidade de níveis de representações que correspondem a diferentes versão do conteúdo de mídia. Cada nível de representação contém uma diversidade de níveis de segmento, e cada nível de segmento contém uma diversidade de níveis de subsegmentos. O sistema de manipulação de informações 600 tem um circuito (por exemplo, processadores 610 e 612), configurados para analisar um arquivo de manifesto, para ler as informações que caracterizam partes codificadas do conteúdo de mídia disponível por streaming adaptativo por HTTP (por exemplo DASH), e em que o arquivo de manifesto é um arquivo MPD. O sistema de manipulação de informações 600 obtém, de uma parte do arquivo MPD, um atributo de qualidade analisado do arquivo de manifesto. O atributo de qualidade contém informações que espe-cificam os valores de qualidade do vídeo associados às partes codificadas do conteúdo de mídia. O sistema de manipulação de informações 600 obtém também, de um atributo de largura de banda analisado do arquivo de manifesto, informações sobre largura de banda que especificam os valores da taxa de bits associados com as partes codificadas do conteúdo de mídia. O sistema de manipulação de informações 600 seleciona, com base nas informações de largura de banda e de qualidade, uma primeira parte codificada do conteúdo de mídia para fazer o streaming para o dispositivo de rede sem fio, por meio de um transceptor de radiofrequência. O sistema de manipulação de informações 600 troca dinamicamente para uma segunda parte codificada do conteúdo de mídia em resposta às informações de qualidade associadas com a primeira parte codificada do conteúdo de mídia, excedendo ou ficando abaixo de um valor desejado de qualidade de vídeo, em que as informações de largura de banda associadas à segunda parte codificada do conteúdo de mídia indica que um valor de taxa de bits da segunda parte codificada não excede a capacidade de largura de banda da rede.
[0044] Um especialista na área compreenderá que muitas altera ções podem ser feitas aos detalhes das formas de realização descritas acima, sem fugir dos princípios fundamentais da invenção. Sendo assim, o escopo da presente invenção deve ser determinado somente pelas seguintes reivindicações.

Claims (7)

1. Dispositivo de rede para suportar streaming de mídia adaptativo baseado em qualidade em uma rede, o dispositivo de rede sendo caracterizado pelo fato de que compreende: um transceptor para receber um arquivo de manifesto que define níveis hierárquicos, incluindo um nível de conjunto de adaptações que engloba uma pluralidade de outros níveis incluindo um nível de representação e um nível de segmento, os níveis hierárquicos incluindo informação que define partes codificadas de conteúdo de mídia disponível para streaming adaptativo; e circuitos configurados para: obter, a partir de um atributo de largura de banda analisado a partir do nível de segmento do arquivo de manifesto da pluralidade de outros níveis do arquivo de manifesto, informação de largura de banda que especifica valores de taxa de bits de segmento ou de subsegmento associados com as partes codificadas do conteúdo de mídia; e obter, a partir de um atributo de qualidade do conteúdo de mídia analisado a partir da pluralidade de outros níveis do arquivo de manifesto, uma primeira informação de qualidade que especifica valores de qualidade associados às partes codificadas do conteúdo de mídia; em que o atributo de qualidade compreende uma métrica de qualidade selecionada a partir do grupo que consiste em similaridade estrutural multiescala (MS-SSIM) de vídeo, pontuação média de opinião de vídeo (VMOS), métrica de qualidade de vídeo (VQM), métrica de similaridade estrutural (SSIM), relação sinal-ruído de pico (PSNR) e avaliação perceptiva da métrica de qualidade de vídeo (PEVQ); obter, a partir de um atributo de qualidade máxima e mínima analisado a partir do nível de conjunto de adaptações do arquivo de manifesto, uma segunda informação de qualidade que especifica qualidade mínima e máxima das partes codificadas do conteúdo de mídia; e alternar de forma dinâmica o streaming entre as diferentes partes codificadas do conteúdo de mídia, com base na informação de largura de banda e nas primeira e segunda informações de qualidade de um fluxo selecionado, para manter um valor desejado de qualidade de vídeo.
2. Dispositivo de rede, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que o atributo de qualidade compreende informações objetivas sobre a qualidade do vídeo.
3. Dispositivo de rede, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que o atributo de qualidade compreende informações subjetivas sobre a qualidade do vídeo.
4. Dispositivo de rede, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que o atributo de qualidade compreende uma métrica de qualidade selecionada a partir do grupo formado por similaridade estrutural multiescala de vídeo (MS-SSIM), pontuação média de opinião de vídeo (VMOS), métrica de qualidade de vídeo (VQM), métrica de similaridade estrutural (SSIM), relação sinal-ruído de pico (PSNR), e avaliação perceptiva da métrica de qualidade de vídeo (PEVQ).
5. Dispositivo de rede, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que o arquivo de manifesto é um arquivo de descrição de apresentação de mídia (MPD).
6. Dispositivo de rede, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que o atributo de qualidade é incluído como informação de uma representação de streaming adaptativo dinâmico por protocolo de transferência de hipertexto (DASH), um segmento DASH, e um subsegmento DASH.
7. Dispositivo de rede, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de rede sem fio no qual o transceptor inclui um transceptor de radiofrequência.
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