CN101026572A - 具有智能分组丢弃功能的视频分组复用器 - Google Patents

Abstract

一种IP视频递送系统(10)包括用于在链路(31)上向具有一个或多个接收器(22)的站点传输多个分组数据流的复用器(30)。在拥塞时间期间，该复用器将从它的内部队列中丢弃分组。通过考虑进与分组和优先级相关的定时信息，智能地选择分组以使对来自接收器(22)的输出的影响最小化。

Description

具有智能分组丢弃功能的视频分组复用器

技术领域

本发明一般地涉及网络通信，并且更特别地涉及一种用于丢弃分组的方法和装置。

背景技术

在数字信息递送网络中，在源设备和目的设备之间，数据分组可能出于各种各样的原因被丢失。一些分组是由于不可控的错误而被随机丢失—这些错误例如是由于传输线上的噪声、同步问题等等所造成的错误。一些分组由于拥塞而被丢失，拥塞也即网元不可能以及时的方式将所有接收到的分组传输出去。当前的用于IP QoS(服务质量)算法的丢弃机制采用随机选择方案来确定丢弃哪些分组而不考虑对最终输出的相对影响。

对于某些数据传送协议，丢失分组导致目的设备请求对丢失的信息进行重传。然而，这在对诸如音频或视频这样的实时流进行多播的网络中并不怎么可行。通常，没有足够的时间可用于请求和接收重传的分组，除非目的设备处的缓存器非常大。

当在目的设备处没有接收到分组流中的所期望的分组时，目的设备在宣布分组丢失前等待一定量的时间。一旦分组被宣布为丢失，一些解码器可能请求重传，另外一些解码器可能通过错误隐藏技术以尽可能地纠正问题。在大多数情况下，错误隐藏技术将导致输出质量降低并且不能纠正某些错误；另外，根据丢失分组中的数据的类型，输出错误的程度将不相同，其中的一些错误将比另外一些错误更难以隐藏。这样，如果分组必须被丢弃，则一些类型的分组将比另外一些类型的分组更适于作为用于丢弃的候选者。

相应地，需要一种用于识别并丢弃分组以使输出错误最小化的方法和装置。

发明内容

本发明中，一种用于宽带用户接入的复用器包括存储器队列和流量管理电路，该存储器队列用于储存视频信息的分组，而该流量管理电路用于响应于在该存储器队列中检测到拥塞，基于与当前存在于该队列中的分组相关联的参数，选择性地从该存储器队列中丢弃一个或多个分组。

相比现有技术，本发明提供了显著的优点。通过选择性地从队列中丢弃分组，在拥塞的时间期间内作为结果得到的视频的降低得到极大地改善。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图的后续描述，其中

图1说明IP视频递送系统的方框图；

图2说明图1的复用器的方框图；

图3说明如何因为聚集的数据速率可能超过预期的平均聚集的数据速率而在复用器处发生拥塞；

图4说明图3的复用器的流量管理系统的方框图；

图5说明在源与其目的地之间的分组传输中的定时考虑；

图6说明图4中的流量管理系统的定时识别功能的操作；

图7说明关于变化的时间周期的定时识别的操作；

图8至图10说明关于循环分组间距的定时识别的操作；

图11说明用于确定循环间距的最佳相关性的实现；

图12是示出用实际值对分组间距的预期值进行仿真的示图；

图13a说明用于接收关于即将到来的分组的信息的实施例；

图13b说明对虚拟分组和实际分组的存储；

图14说明过期分组的概念；

图15说明分组丢弃策略；

图16说明在队列中的一组排序了的分组，以便描述一种可供选择的丢弃方法；

图17说明描述该可供选择的丢弃方法的流程图；

图18说明另一种丢弃方法；以及

图19说明使用图18的丢弃方法的例子。

具体实施方式

联系图1-19可以最佳地理解本发明，在图中相同的数字被用于各图中的相同单元。

图1示出用于向站点12发送视频节目的IP视频网络10的方框图。源(诸如视频头端，或VHE)20通过以分组来流传送(streaming)视频信息从而提供节目。分组最终在站点12处被一个或多个IP视频接收器接收。该IP视频接收器22将视频分组转换为用于视频接收器24的视频。为了到达IP视频接收器22，数据必需穿过公用/专用网络26，其可能包括多个路由器，包括边缘路由器28。边缘路由器28的输出被复用器30(其可以是例如DSLAM接入单元)接收，在复用器30处针对多个视频信道的数据被放置在双绞线31上。在用户站点处的调制解调器32(诸如DSL调制解调器)通过现场(on-site)路由器34在复用器30与IP视频接收器22之间进行通信。

在操作中，VHE源20将视频信息流传送给IP视频接收器22。对于诸如直播电视信号之类的直播视频广播，视频数据通常作为多播传输来发送。对于点播视频，可使用单播传输。在接收器侧，点播视频通常具有较长的缓存器，因为来自源20的观看延迟不像来自广播视频服务器的观看延迟那样重要，并且因此点播视频具有比直播广播视频服务低的优先级。站点12可具有若干IP视频接收器22，其中每个IP视频接收器22均接收多个节目流。例如，每个IP视频接收器22可接收两个视频数据流。如果站点12中存在3个IP视频接收器22，并且每个接收器22正在接收两个视频流，则复用器30与调制解调器32间的链路31将为六个不同的数据流承载视频分组。

现当今，视频协议通过周期性地发送整帧(压缩的)视频数据，在整帧视频数据之后跟着差分帧(differential frame)，来压缩视频，该差分帧指示各帧之间的改变，而不是帧自身。相应地，具有快速改变图像的场景将比相对静止的帧需要更高的带宽。考虑到复用器30和调制解调器32所使用的技术，在视频头20与站点12的IP接收器22之间的全部可用带宽通常由链路31的带宽来确定。

给定用于传送针对站点12的所有数据流的所有分组的固定带宽，链路31所支持的数据流的数量由每个接收信道的平均带宽来确定(链路31可承载诸如互联网流量和语音之类的其他数据流量，互联网流量具有比直播视频数据流更低的优先级(最低优先级)，VOIP(基于互联网协议的语音)一般具有最高优先级)。然而，分离的N个数据流的数据速率不是常数。有时，多个信道可能同时使用比它们的平均带宽更宽的带宽，导致产生链路31上的拥塞。

图2说明支持N个不同数据流的复用器30的方框图。对于设计为在三个接收器22上提供观看多至两个数据流的系统，N将等于6。输入级40接收各种各样的视频流并且将不同数据流的分组分进相应的FIFO(先入先出)存储器42。输出级44将来自FIFO存储器42的分组复用到链路31上。在站点12，路由器34将分组导向合适的接收器22。流量管理系统46对将来自存储器42的分组复用到链路31上进行控制，下面将对其进行更详细的描述。

在图3中说明了拥塞问题。当来自N个源的组合的数据速率超过链路31的容量和复用器30用来在其FIFO存储器42中缓存过剩分组的容量时，流量管理系统46必须做出关于丢弃哪些分组的智能判决，以使在给最终用户的数据服务上的有害影响最小化。图3中说明了这种情况，其仅使用两个数据源(N＝2)。在图3中，数据分组来自源A和源B。每个源执行策略以已知的平均速率提供数据。来自两个源的数据必须合并到链路31上，链路31具有适应该组合的平均数据速率的容量。从FIFO存储器42可获得有限的缓存；然而，希望将FIFO存储器保持为尽可能得小；否则当切换到直播视频信道时将发生显著的延迟。当来自这些源的组合的数据速率长时间超过平均值时，则超过用来缓存超出数据的容量，并且必须丢弃一些分组。甚至在复用器30具有缓存额外分组的存储器容量的条件下，因为与其FIFO 42相关联的定时考虑，也可能需要丢弃分组。例如，复用器30可能具有在接收到分组后的200ms内将所有分组发送出去的要求。如果对于一个进入分组该条件不能满足，则复用器将需要将该进入分组不放进该FIFO 42或者丢弃已经在FIFO 42中的分组。

在操作中，复用器30被设计成使丢弃分组的影响最小。该问题的一个关键方面是所有分组是有时效要求的(time-critical)。对于每个数据流，所有分组在单个服务器(VHE 20)上生成。一旦被生成，每个分组具有严格的“使用(use by)”时间。在传输给最终用户中变得过期的分组变得不可使用。为了保存共享的链路带宽，过期的分组必须被丢弃而不在链路31上进行传输。

在操作中，复用器30遵照一个策略，该策略要求当分组被丢弃时使对于最终用户的服务的降低最小化。这个目的是通过两种方式来完成的：(1)复用器30丢弃避免拥塞所必需的最小量的数据，以及(2)复用器30利用优先级方案来确保优选丢弃有用性最小的分组。

为了完成这些目的，可以使用四种机制。第一，在缺少与分组相关联的明确的时间调度信息时，复用器30可使用自计时机制，其使用分组到达时间来确定分组的使用时间。复用器30可使用与每个分组相关联的优先级代码来确定首先丢弃哪些分组。该优先级方案还可标识分组的相互依赖性，从而当高级分组被丢弃时，可以标识并且丢弃依赖那个分组的各分组。

一种超前功能(look-ahead feature)可标识未来流量的特性并且允许复用器30在关于丢弃哪些分组上做出更好的判决。例如，当未来流量的知识指示高优先级的分组将到达时，复用器30可丢弃当前在其队列中的分组以预先消除拥塞。另外，流量分析功能30可检查所有排队的流量加上所有已知的未来流量，并且确定分组的最优组进行丢弃。

图4说明流量管理系统46的方框图。流量管理系统46包括定时识别功能50、优先级识别功能52和丢弃控制功能54。定时识别功能50推导出可用于确定特定的分组将变成过期的时间的信息。该优先级识别功能或者明确地或者隐含地确定特定分组的优先级。该丢弃控制功能54确定应该丢弃哪些分组。后面将更详细地描述这些功能。这些功能可以在通用处理器、DSP(数字信号处理器)或其他处理设备上实现。

图5-12说明定时识别功能50。图5说明生成分组60的视频分组源和消费分组60的最终用户。如果在时刻T1生成分组，则分组必须在时刻T2可被该最终用户获得。如果用户在T2之后接收该分组，则该分组不能被使用。该分组流穿过复用器30(任何其他的分组流未在图中示出)。为了完成它的合并多个分组流的任务，该复用器30将需要使分组60中的一些分组发生延迟。分组的端到端时间预算包括由复用器30带来的一些延迟。复用器设计的考虑之一是，分组必须是不能延迟太多以致危及端到端调度。分组延迟定时中的抖动61使情况变复杂。在图中，抖动被表示为在分组传送中的可变延迟作用。

为了使复用器30分辨端到端调度，源20通过根据可预知的调度生成(并传输)分组60来进行协作。最简单的这种调度涉及在相等的时间间隔传输分组，其可适合于用来针对每个视频帧发送一个分组的视频服务。然而，其他传输定时方案将同样适用。所必需的是，复用器30可检测定时图样并且“锁定”到它上面。通过这种方式，各分组是“自计时”的。它们提供了复用器30用于为每个分组确定恰当的时间调度的定时信号。

图6中说明了定时识别功能50的操作。这个图说明分组在时间上是等间距的情况。来自源20的分组在由于抖动作用所产生的可变延迟之后到达复用器30。该定时识别功能50基于分组绝不会提前到达的假设执行同步器功能。当分组60到达时，该同步器启动定时器。当后来的分组到达时，分组间的时间被注明。在图的上部，假定从分组A开始定时调度。分组B落后于调度到达并且被假定为发生延迟。调度没有改变。分组C早于调度到达，并且调度被向后移动，如在图的下部中所示。一旦调度已经与分组流同步，则复用器30就将它的时间预算添加到到达调度中以计算分组的过期时间。

对时间同步器功能的改进允许它适应可变时间段。可变时间段可能是复用器30与分组源20之间的时钟漂移的症状。在图7的顶部，分组延迟是有界的并且维持在平均值。在图的底部，分组延迟(e1、e2...)随时间平均增加。同步器功能检测该增加的延迟并且通过增加所期望的分组的时间段p来适应它。

为了适应变化的分组速率，同步功能在固定数目的最近延迟次数上计算分组延迟的运行平均值。将使用下面的公式来调整分组调度：

p_i+1＝(1-α)p_i+αΔ

在这个公式中，p_i是用于计算下一个分组调度的计划时间段。Δ是所测量的在最近两个分组之间的时间，并且0＜α＜1。当α为小(接近零)，该时间段将被调整以适应慢速变化的分组速率。

甚至当分组间距不等时，假设分组间距是循环的或者否则是可预知的，则复用器30将与分组流同步。当分组间距是循环的并且被预先知道时，可以通过图样匹配来完成同步，如图8中所示。在顶上一行中的条柱代表复用器处的分组到达，而分组间的间距由第二行中的垂直条柱的高度来表示。底下一行代表期望的分组间距的图样。记录分组间的间距并且将其与期望的图样进行匹配。

因为进入的分组易遭受延迟抖动的影响，所以在期望的图样和实际图样之间将不存在完美的匹配。复用器将需要评估在期望的图样和实际图样之间的匹配(相关性)并且确定最佳相关点。通过下面的公式计算在期望的图样和实际图样之间的相关性：

$c=\underset{a}{\mathrm{\Σ}}|A_i-E_i|$

这是在区间α上的实际值(A)与期望值(E)之间的差的绝对值的和。该和为最小的区间是最佳匹配。当预先不知道间距图样时，复用器30将检测它。用于检测流量图样的方法涉及比较分组间的间距。在最简单的方法中，记录当前分组间的间距并且将其与后续的分组间的间距进行比较。这个操作是用在比较中所使用的间距间的不同偏移来执行的，并且在图9和图10中进行了说明。图9说明相对给定分组的各种定时偏移。图10说明发现与间隔图样的最有可能的时间段相关的偏移。在差的绝对值(图10中的δ)方面产生最佳相关性的偏移是图样的时间段。通过记录该图样并且将它用于与未来流量进行匹配，复用器可与分组到达时间同步。

在图11中示出用于确定δ的一种可能的实现方案。当分组到达时，分组间距被测量，并且该值被输入多个循环缓存器。对于每个可能的序列长度存在一个缓存器并且每个缓存器具有其自己的指针，该指针在每个分组后会前进。使用下面的公式将分组间距值加到缓存器。

δ_i+1＝(1-α)δ_i+αΔ

在该公式中0＜α＜1。这导致每个δ收敛到最近的Δ值的平均值。当循环缓存器的长度等于循环分组序列的长度时，各δ的值将收敛于分组间距序列内的各Δ。如果抖动功能运作良好，则各Δ的平均值将是指定的分组间距值，并且各δ将是间距图样的准确表示。当缓存器的长度与分组序列的长度不匹配时，各δ的值将倾向收敛于整个序列上的平均分组间距。

这种方案已经通过仿真进行测试。该仿真将分组的期望值与实际值进行比较并且绘出相关性(差的绝对值)。图12中的各曲线来自使用20个循环缓存器的仿真。包括了针对长度1、2、4、8和10的相关性函数的绘图。实际的分组序列长度是10，并且曲线示出那个长度的相关性函数是收敛的，而其他长度的相关性没有收敛。相关性函数的收敛性涉及低通滤波器(α＝0.1)，其导致产生缓慢的收敛。各曲线以每10个分组而表示，因此很明显，在大约30个分组之后长度为10的图样变得可与其他图样分辨开。

为了补偿循环流量图样的时钟漂移，对前面的用来调整期望的间距的公式进行修改。替代单个间距p，公式现在使用一组间距p_j，这里2≤j≤P，且P是循环的周期。公式变成：

(p_j)_i+1＝(1-α)(p_j)_i+αΔ

复用器30的流量管理系统46的丢弃控制功能54使用与分组相关联的优先级信息以帮助确定丢弃哪些分组。该信息是从优先级检测功能52中获得的。在优先级检测功能的第一实施例中，分组源提供优先级指示符来向复用器传递丢弃优选权。使用若干优先级级别，可以根据下面的方案来对丢弃优先级进行编码。

1.优先级0是最高优先级。除非没有其他分组可丢弃，否则不会丢弃优先级0的分组。

2.如果复用器遇到aa...a形式的分组优先级序列，则如果分组中的一个被丢弃，那么该序列中所有这种分组必须被丢弃。

3.aa...b...aa形式的序列，其中a＝b+1(也即，a的优先级比b的低)，指示a分组依赖于b分组。如果b分组被丢弃，则a分组也必须被丢弃。

4.bcd...e形式的序列，其中b＜c＜d且e＜d，指示丢弃b分组需要丢弃c、d、...分组，但是不需要丢弃e分组。

5.为了将该逻辑扩展到更复杂的丢弃策略，类似的规则可被编码在分组优先级方案中。

丢弃控制功能54将其分组丢弃判决建立在关于其队列42中的分组的信息上。希望使在复用器处排队的分组的数目最小化，因为：

1.排队的分组需要存储器硬件。

2.较长的队列代表较多延迟。

3.较长的队列代表当一个分组流停止并且被另一个替代(比如当视频客户选择了不同信道)时必须清空的较多的分组。

通过将关于分组的信息进行排队而不实际对分组进行排队，可以缓解这些困难中的一些困难。图13a说明这个概念。图中顶部的图示出了实际储存在复用器30中的队列42之一中的排队了的分组60_q，以及还没有到达的未排队的分组60_u。复用器30具有关于排队了的分组60_q的信息，但是没有关于未排队的分组60_u的信息，它在确定丢弃哪些分组时不能考虑进未排队的分组60_u。

在图13b中，虚拟分组60_h已经储存在复用器30中的队列42中。虚拟分组是“头分组”，其包含关于实际分组的信息，但是不包含净荷。头分组60_h先于每个数据分组(包括净荷)进行发送，并且复用器30对各头分组进行排队，其中头分组既包括针对已经在复用器30处的数据分组的头分组60_q也包括针对还未到达的数据分组的头分组60_u。丢弃控制功能54现在能够计算丢弃解决方案，仿佛所有的实际的和虚拟的分组都在复用器处排队着。因为头分组60_h比实际分组小得多，所以更多的头分组60_h可进行排队而不会严重地影响复用器30处的存储器需求。

头分组60_h的使用没有缓解时间延迟问题。因为必须早于数据分组发送头分组60_h，所以数据分组在源处实际被延迟，晚于它们本来可能已被传输的时间。

分组丢弃功能54通过观察与图像依赖性和分组寿命相关的优先级来使数据丢失最小化。首要规则是，共享的链路带宽不会由于传输过期的数据而浪费。第二规则是，当根据首要规则丢弃分组时，对视频质量的影响被最小化。

通过标识带有过期数据的分组并丢弃这些分组来执行该第一规则。在图14中，靠近队列头部的分组60可在它们的数据变得过期之前被传输。然而，分组中的一些数据将在它可被传输之前变得过期，因为队列中在它之前的分组较大并且将要花费长时间来传输。如果队列中在分组a之前的一些分组被丢弃，则分组x能在它的数据变得过期之前被传输。分组x将变得过期(除非其他分组被丢弃)的事实不暗示分组y将变得过期。这是因为分组y的调度可能允许它被更晚递送。

丢弃控制功能54可通过使用分组数据库70来执行分组丢弃策略，如图15中所说明。当分组60到达复用器时，数据库70将记录流量管理系统46所需要的有关信息的相应项72：

1.分组的尺寸

2.分组优先级

3.递送调度

可从分组头信息中直接获得分组优先级，或者可通过分组的尺寸和/或分组在循环流量图样中的位置来推断它。分组递送调度是来自分组的最后的数据必须通过共享的链路进行传输的时间。从分组到达时间和它在循环流量图样中的位置可推断递送调度。当作出丢弃一个分组的判决时，在数据库中标识它。

丢弃控制功能54通过计算用于分组60中的数据的传输时间和用于在其队列42中在该分组之前的数据的传输时间来确定分组60是否将变得过期。第一近似中，分组的排队时间使用假设：队列将被按比例分配某个量的共享带宽并且该队列将在公平的基础上被对待。丢弃分组的优选实施例是：

1.仅从队列的前部移除分组。

2.首先从队列的前部移除所有被标记为供丢弃的分组。

3.检查每个队列中的分组的剩余者并且通过计算它们的递送调度来确定哪些分组将变得过期。在计算期望的递送时间时，忽略所有已经被标记为供丢弃的分组。

4.对于将变得过期的每个高优先级分组，检查在它前面的更低优先级的分组并且确定是否可通过丢弃更低优先级分组来挽救该高优先级分组。如果这可以完成，则标记该更低优先级分组或多个更低优先级分组为供丢弃。在标记分组供丢弃时，首先丢弃最靠近队列前部的分组并观察分组的依赖性。就是说，根据需要丢弃从属分组。如果不能通过丢弃更低优先级分组来挽救高优先级分组，则标记该高优先级分组供丢弃。

5.重复步骤4，直到没有任何将变得过期的高优先级分组。

6.从队列之一的前部开始，提取具有最早递送调度的分组。在执行这个步骤时，观察任何一个建立了的策略以便确保用于队列的公平服务。这将允许在某些情况下为具有稍晚的递送调度的分组提供服务。

与现有技术相比，结合图1到图15描述的本发明在最佳化针对最终用户的视频质量或者其他服务方面提供了显著优点。首先，它预先标识潜在会过期的分组，并且通过丢弃低优先级分组以保持高优先级分组从而保持服务质量。其次，本发明可根据分组序列和分组到达时间来计算分组递送调度(用于标识过期的分组)而不依靠分组内部信息。第三，本发明可标识分组序列图样并且将分组调度计算与到达分组流进行同步。第四，本发明可从分组尺寸或分组在序列中的位置来推断分组优先级而不是依靠分组内部信息。第五，本发明可从分组优先级序列中推断分组相互依赖性并且根据它们的依赖性来丢弃另外的分组。第六，本发明能使用带外头分组或使用基于所观察的流量图样对未来分组流量的预测以提供关于未来流量的预先信息。第七，本发明可使用除当前排队的分组之外的信息来执行其流量管理计算。这使需要排队的分组的数量最小化。第八，本发明通过对潜在会过期的高优先级分组做出早期标识，能使质量数据的丢失最小化。它通过丢弃较低优先级分组来保持高优先级分组。第九，本发明执行它的任务而不会过度地与分组源相耦合。这使在分组源的设计中的任何改变带来的影响最小化。

图16和17说明确定丢弃哪些分组的可供选择的方法。出于参考的目的，图16说明在队列42中的一个序列的分组60。最早的分组是数字“1”而最后的分组是数字“6”。

图17是描述丢弃队列42中的分组60的丢弃过程的操作的流程图。在步骤70中，从分组“1”开始，如果分组n不能在其“生存时间(TTL(n))”内通过链路31进行传输则标记分组n供删除。索引n是递增的直到所有这种分组都被丢弃。步骤70和72的目的是，如果在站点12处不能及时接收分组60供IP接收器22使用，则从队列42中移除所有分组60。

在步骤74中，考虑到已经计算在分组n之前的非丢弃的分组(也即，在所有队列42中的更老的分组)，确定针对分组n的总传输时间；这个时间被注为TTT(n)。在步骤76中，如果不满足条件TTT(n)＞TTL(n)，也即如果在传输所有前面的分组之后还有时间来传输分组n，则n递增以在步骤78中对下一个分组进行评估。否则，采取步骤来丢弃在分组n之前的较低优先级分组。在步骤80中，在分组n之前但具有较低优先级的分组的总传输时间被确定。这个值被注为TTTlp(n)。如果在步骤82中条件TTT(n)-TTTlp(n)＞TTL(n)不满足，也即如果即使在丢弃所有较低优先级分组的条件下分组n仍不能及时进行传输，则在步骤84中分组n被标记为供丢弃并且索引n递增。

如果在步骤82中满足条件TTT(n)-TTTlp(n)＞TTL(n)，也即通过丢弃一个或多个前面的较低优先级分组，分组n能及时进行传输，则通过以从最小分组开始按增加尺寸的顺序丢弃分组，在步骤86中选择一组最小量的分组。如在17中所示，这可通过如下方式完成：通过在步骤80中丢弃最小的前面的非丢弃分组并且重新计算；或者通过确定用于按时传输分组n所需的最小时间，并且针对前面的按从最小分组开始按尺寸顺序的分组对传输时间进行求和。

一旦丢弃的分组到达队列42的前部，输出级44仅仅是不传输它们。为了从各种队列42中选择，输出级44使用指针以循环的次序依次检查每个队列42，以确定哪个队列有最老的(未被丢弃的)分组a，即队列头部。如果两个或多个分组具有“最老的”时间，则输出级44为遇到的具有最老分组的第一个队列提供服务。队列接受服务后，该指针前进一个位置，并且重复该循环。其实，该输出级44使用所有的FIFO 42来创建更大的FIFO。

本发明的这个实施例工作为使提供给最终用户的视频质量或者其他分组服务最佳化，其具有许多优点。首先，它确保无用分组(分组在它们的“使用”时间结束之前不能进行传输)不会通过共享链路31传输。其次，它通过优选地丢弃低优先级分组和低优先级分组中的最小分组来使视频质量的损失最小化。第三，它确保高优先级分组不会由于在队列中位于低优先级分组之后而被丢弃。第四，它确保优选传输在所有队列42内的最老分组。第五，它通过在所有其他因素相同时给最近最少服务过的分组提供服务，确保公平地为所有队列42提供服务。

图18和图19说明丢弃控制功能54的操作的另一个实施例。在这个用于多队列服务器30的实施例中，假设分组按优先级进行指派，或者通过在源20处标记来明确表示或者如上所述进行暗示。关键的视频分组将被标记为高优先级，其指示需要高的递送给解码器的概率。作为例子，这个优先级将与使用H.264视频压缩所生成的I帧和P帧相关联。次重要分组，也即如果丢失潜在地可通过解码器进行隐藏或者将对视频质量具有最小影响，将被标记为较低优先级，其指示需要较低的递送给解码器的概率。作为例子，这个较低优先级将与使用H.264视频压缩所生成的Bs帧和B帧相关联。

在拥塞期间，也即当流量管理系统确定关键优先级分组将不能及时进行传输时，丢弃控制功能54将首先选择丢弃低优先级分组，以便获得足够的带宽需求缩减以确保较高优先级分组将具有带宽可被传输给用户。在步骤90中，与为单个接入用户线复用的所有视频流相关联的低优先级分组将是可丢弃分组选择过程的候选者。该思想是，与从导致过载情形的视频流中丢弃高优先级分组相比，从复用组内的另一个队列中丢弃低优先级帧是较好的做法。类似于图17的步骤86，可以选择最小数量的低优先级分组。如果丢弃所有低优先级分组仍不足以提供对高优先级分组的及时传输，则在步骤92中，在相同队列内的前面的高优先级分组将可用于丢弃。这样，在拥塞期间进入复用队列的高优先级视频分组将具有比仅在同一视频流内的更老的相同优先级的分组具有优先性。该思想是，如果在复用队列中同时存在多个高优先级视频分组，则一旦考虑到视频显示质量，最新的高优先级的传输将会具有最好的结果。同样，类似地，考虑到新的高优先级分组，丢弃较老的高优先级分组将比从另一个流中选择高优先级分组具有较小的缺陷影响(objectioneffect)，其将遭受令人讨厌的视频伪像(artifact)。更可能地是，拥塞的视频流将通过传输新的高优先级分组来纠正它的视频质量。

在图19中给出了一个例子。图19表示具有排队和调度功能的流量管理系统，其适应既包括高优先级视频数据分组又包括低优先级视频数据分组的多个分组视频流。还示出了已经到达流量管理器的新的高优先级分组(分组1f)的存在。分组1f需要进入信道队列1，并且在它寿命度过延迟时间段之前被输出级44服务，该延迟时间段将导致该分组太晚到达用户视频解码器而不能被解码和显示。因为这个新分组是高优先级，所以必须允许它进入队列1。如果传输分组1f和所有前面的分组的所需的总时间大于分组1f的生存时间，则队列中的一个或多个分组将被丢弃以给分组1f腾出空间。这个选择过程将根据上述的这个例子的规则，按照下述次序：2a、na、1b、nb、1c、2c、2d、nd、1e、1a、1d来选择丢弃哪个或哪些分组。当在流量管理器内获得足够的带宽以能够在视频分组的指定最大寿命内传输新的视频分组时，该分组丢弃过程将停止。

这种用于丢弃分组的方法使用最少的处理向视频观看者递送高级别的视频显示质量。

尽管已经针对某些示例性的实施例详细描述了本发明，然而将向本领域的普通技术人员建议这些实施例的各种修改，以及可供选择的实施例。本发明包含落在权利要求书范围的任何修改或可供选择的实施例。

Claims (12)

1.一种用于宽带用户接入的复用器，包括：

存储器队列，其用于储存视频信息的分组；

流量管理电路，其用于对所述存储器队列内的拥塞的检测做出响应，基于与当前存在于所述队列内的分组相关联的参数，选择性地从所述存储器队列中丢弃一个或多个分组。

2.根据权利要求1所述的复用器，其中所述流量管理电路检测拥塞，在所述拥塞情况下穿过所述复用器的当前传输时间大于与进入的分组相关联的生存时间参数。

3.根据权利要求1所述的复用器，其中所述流量管理电路基于与关于要在将来发送的分组的信息相关联的信息来检测拥塞。

4.根据权利要求3所述的复用器，其中关于要在将来发送的分组的信息包括来自要在将来发送的分组的头信息。

5.根据权利要求1所述的复用器，其中所述流量管理电路丢弃与前面丢弃了的分组具有相互依赖性的分组。

6.根据权利要求1所述的复用器，其中所述存储器队列包括与各个数据流相关联的多个先入先出(FIFO)存储器，以及其中所述流量管理电路包括用于对拥塞检测做出响应从所述FIFO存储器中的任何一个存储器中丢弃低优先级分组的电路。

7.一种对宽带用户接入的分组进行复用的方法，包括步骤：

在存储器队列中储存视频信息分组；

检测拥塞情况；

对在所述存储器队列中的拥塞的检测做出响应，基于与当前存在于所述队列中的分组相关联的参数，选择性地从所述存储器队列中丢弃一个或多个分组。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述检测步骤包括检测当前传输时间大于与进入的分组相关联的生存时间参数的情况的步骤。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述检测步骤包括基于与关于要在将来发送的分组的信息相关联的信息来检测拥塞的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述基于与关于要在将来发送的分组的信息相关联的信息来检测拥塞的步骤包括接收包括来自要在将来发送的分组的头信息的分组的步骤。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述丢弃步骤包括丢弃与前面丢弃了的分组具有相互依赖性的分组。

12.根据权利要求7所述的方法，其中所述存储器队列包括与各个数据流相关联的多个先入先出(FIFO)存储器，以及其中所述丢弃步骤包括用于对拥塞的检测做出响应从所述FIFO存储器中的任何一个存储器中丢弃低优先级分组的步骤。

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