CN101297298A - 用于流式视频的通信流量控制的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了用于传输流式视频的一种方法和设备。该方法和设备包括：基于带宽考虑，动态地改变传输速率；或者预测在网络中带宽的有效性，或者两者都采用。

Description

用于流式视频的通信流量控制的方法和设备
描述
本申请涉及2005年10月25日申请的、序列号为60/730,088(代理案号001362)的、题目为“Interactive Patient Care System”的美国专利申请，并要求其优先权。将该申请的公开内容明确结合于此作为参考。
视频通信在当今社会普遍存在。除了很多诸如电视之类的传统显示设备之外，诸如计算机、个人数字助理(PDA)和蜂窝电话之类的设备适于接收用于显示的视频信息。
视频经常通过网际协议(IP)而在网络上传输。在IP上经常提供的一种类型的视频是流式视频(streaming video)。流式视频经常在网络上传输。例如，流式视频可以在宽带网上传输。通常，流式视频在网络上以分组形式传输。在流式视频播放器中本地缓冲少量的视频(可能是1秒的)，以便平衡信道中的波动。流式视频播放器从缓冲器中播放视频，该缓冲器通常是一块本地存储器(RAM)。
流式视频可以获得用以进行高效传输的相对较大的带宽容量。如果流式视频的发送器与接收器之间的介质不能提供所需要的带宽，则可能导致图像质量下降。例如，这种质量下降可能显现为伪像和宏块化。随着带宽需求与可用带宽之间的不均衡性的增加，视频质量下降的严重程度增加。示意性地，伪像的持续时间和严重程度可能增加。
用于确保流式视频的特定服务质量(QoS)的一种方法是为流式视频提供专用的端点到端点链路。这种链路将会确保保持特定带宽。虽然专用链路在提供流式视频的有保证的QoS时是有用的，但是这种链路的使用是为一个用户最多几个用户而保留的。由于必须建立每个链路并且每个链路都需要装置，因此这种实现方式的成本和功效是不现实的。
存在对于一种方法和设备的需求，用于提供至少克服上述缺点的流式视频。
根据一个示例性实施例，一种视频通信方法包括在非专用通信链路上传输流式视频。所述方法还包括接收所述流式视频并确定在所述链路上的带宽变化。此外，所述方法包括根据所述变化来改变所述传输的速率。
根据另一示例性实施例，一种用于视频传输和接收的设备包括：媒体服务器，适于传输流式视频；以及视频播放器，适于接收所述流式视频。所述视频播放器适于根据在所述视频播放器与所述媒体服务器之间链路中的带宽变化，改变所述流式视频的传输速率。
根据再另一个示例性实施例，在一种通信系统中的视频通信方法包括：以第一传输速率从媒体服务器向视频播放器以分组形式传输流式视频；确定在所述传输中丢失的分组数量；将所述丢失的分组数量与阈值进行比较；并且基于所述比较，以所述第一传输速率继续所述传输，或者将所述传输切换到第二传输速率。
根据再另一个示例性实施例，在一种通信系统中的视频通信方法包括：评估所述视频通信的一条或多条路径的带宽容量。所述方法还包括：基于所述评估，为所述多条路径中每一条选择传输速率；并且以所选择的传输速率沿着每条路径从媒体服务器向视频播放器传输流式视频。
在结合附图阅读以下详细描述时，从中可以最好地理解本发明。要强调的是，各种特征并非按照比例绘制的。实际上，为了描述的清晰起见，尺寸是任意放大或缩小的。
图1是根据一个示例性实施例的病人信息系统的简化框图。
图2是根据一个示例性实施例的方法的流程图。
图3是根据一个示例性实施例的方法的流程图。
图4是根据一个示例性实施例的方法的流程图。
在以下详细描述中，为了解释而不是进行限定的目的，阐明了公开具体细节的多个示例性实施例，以便提供对本发明的整体理解。然而，已经掌握本发明的优点的本领域普通技术人员将会理解，存在脱离在此公开的具体细节的的其他实施例。而且，已知设备、硬件、软件、方法、系统和协议的描述可以省略，以便不会混淆对示例性实施例的描述。虽然如此，落入本领域公知技术范围之内的这种硬件、软件、设备、方法、系统和协议可以按照示例性实施例来使用。最后，无论在任何实际情况下，类似的参考数字指代类似的特征。
所描述的示例性实施例涉及一种病人信息系统，在该系统中，可以将流式视频提供给病人。该病人信息系统可以是以上所提到的应用中描述的那样。然而，本发明并不局限于病人信息系统应用。为此，可以设想本发明的其他应用，这种应用可以在与病人信息系统无关的实施例中发挥作用。例如，本发明的方法和设备可以在娱乐应用、非医疗的教育视频服务以及视频游戏中实现。有益的是，本发明的方法和设备所得到的流式视频通信对网络其他用户的QoS有着最小的干扰。
图1是根据示例性实施例的病人信息系统100的简化框图。系统100包括病人系统101、服务器102、以及医生终端103。服务器102和病人系统101通过网络104进行通信。示意性地，该网络与病人终端之间的链路可以服从已知的网际协议(IP)。网络104可以是在同轴电缆上或者光纤链路上的宽带网。在两者中任一情况下，可以应用已知的组件和软件来实现该网络。例如，在光纤网络中，将会提供诸如收发器之类的装置，在宽带电缆网络中，将会提供诸如电缆调制解调器之类的装置。
可替换地，网络104可以是无线网或者数字用户线路(XDSL)网络。无线网将会包括由系统的协议所指定的基础结构。例如，无线网可以服从IEEE802.11或者其延伸，或者服从已经提出的IEEE 802.22，该协议经常被称为频谱捷变无线通信系统(SARS)。XDSL网络将会采用所需要的XDSL基础结构在普通老式电话服务(POTS)线路上实现。
医生终端103可以是具有用于与服务器102、网络104和病人系统101交互的必需的表示层软件(用户接口软件)的个人计算机。终端103可以通过已知的内部网络连接(例如有线或者无线连接)连接到服务器102。服务器102可以称为主机中心(host center)，内部网络连接对于本领域技术人员而言是已知的，从而没有对其进行详细描述，以便避免混淆对实施例的描述。
在当前所述的示例性实施例中，为了描述简单，示出了一个病人系统101、一个服务器102和一个医生终端103。然而，可以设想该病人信息系统100按照需要包括多个病人系统101、多个服务器102和多个医生终端103。
服务器102包括处理器105。服务器102还包括测量服务器106、设备数据库112和媒体传送服务器108。在一个示例性实施例中，服务器102可以是一种硬件、软件和固件的集成组件。示意性地，网络104与处理器105之间通信以及网络104与测量服务器106之间的通信服从超文本协议(HTTP)。服务器106-108的很多特征是公共的，并且在以上所提到的应用中进行了详细描述。在此提供了多个特定显著特征。
测量服务器106通过网络从病人系统101接收测量数据。在测量服务器上对这些数据进行分析，用于医生采取适当的动作。从测量服务器106生成的数据通过SQL链路提供给数据库112。另外，测量服务器106通过内部网络将测量分析结果(例如报告或者文摘)提供给医生终端103。
媒体传送服务器108将流式视频以及采用其他格式的信息提供给病人信息系统101。流式视频可以服从实时流式协议(real time streaming protocol，RTSP)，或者实时协议(RTP)或者实时控制协议(RTCP)。
处理器105包括配置服务器109、机顶盒(STB)服务器110和STB加载器(STB loader)服务器111。这些组件的细节可以在以上所提到的所结合的应用中找到。
由于在医生和病人之间传递的信息的敏感性，因此终端103、服务器102和病人系统101之间的链路被有益地保护。在一个具体实施例中，该连接包括加密和其他已知的安全措施，以提供服从虚拟专用网络协会(VPNC)的虚拟专用网络(VPN)。采用这种方式，可以通过公共接入链路(例如电话线路或者同轴电缆线路)提供安全链路。可替换地，如果在示例性实施例的任何一个链路中使用无线局域网(LAN)或者无线广域网(WAN)，则可以实现已知的加密和安全措施来保证在链路上传输的信息是安全的。
病人系统101包括控制模块113，其可以是在以上提到的应用中所描述的STB。值得注意的是，控制模块113可以称为视频播放器。在一个具体实施例中，控制模块113转换并显示来自媒体传送服务器108的流式视频。该控制模块还包括固件114、STB加载器115、TV用户接口(UI)116和测量网关117。
固件114和STB加载器适于对来自媒体传送服务器108的流式视频进行解码。该解码所需的硬件、软件和固件是流式视频传输协议所专用的。
可以包含多个测量设备118，但并非在所有系统中。所述测量设备可以通过有线或无线链路耦合到医生模块113。该控制模块还耦合到视频播放器119并且可以由远程控制设备120进行控制。病人系统101的组件和功能的细节在以上所提到的应用中进行了更为全面的描述。
图2是根据一个示例性实施例的流式视频流量控制的方法的流程图。在结合图1审视该方法时，能够对该方法进行最好的理解。共同的细节将整体上不再重复，以避免混淆对本示例性实施例的描述。
在步骤201，病人系统101接收流式视频。在一个具体实施例中，流式视频是按照RTSP协议从媒体传送服务器108传输的数字化视频分组数据。这些数据的解码对于本领域技术普通技术人员而言是公知的。
在步骤202，病人系统101确定在流式视频链路的传输带宽中发生了变化。可以采用多种方法来完成对于传输带宽中的变化的确定。示意性地，STB 113的固件114和加载器115包括解码器。该解码器适于确定在来自媒体传送服务器108的流式视频信号中存在的伪像的数量和严重性。如果存在伪像，则媒体传送服务器108和网络104当前就不能满足解码器的带宽。因此，媒体传送服务器108和网络104就不能以控制模块113(视频播放器)所需的速率提供数字化流式视频来产生不间断视频图像，并且该解码器检测到该故障。可替换地，媒体传送服务器108和网络104的带宽容量可以是增大的。在该情况下，控制模块113检测到容量的使用不足。
在步骤203，媒体传送服务器108改变传输速率。流式视频传输速率的改变可以用来实现不同的目的。在一个示例性实施例中，STB 113向媒体传送服务器108提供一个消息，即流式视频的传输带宽对于当前网络容量而言太大。采用该错误消息，STB 113可以包含一个命令，用于以更低数据速率进行传输。
在一个具体实施例中，媒体传送服务器108适于同时和基本上同步地提供多个视频流。每个流都是以不同传输速率提供的；但是每次只能有其中的一个流可以向STB 113传输。如果当前流对于当前网络容量而言太大，则来自STB 113的命令将会包含一条指令，用于切换到指定的更低传输速率。而且，不同的视频流可以包含指示流式视频的特定帧的索引或者标记。该命令将会确认下一个标记，在该标记处切换到较低传输速率的流式视频。在切换时，媒体传送服务器108将会传输所选择的流式视频到网络104，用以传送到STB 113。
正如以上已经提到的，STB 113适于检测传输错误。在一个具体实施例中，在视频流分组中提供了首部。该首部将会包含流式视频的持续时间和传输速率。如果流式视频的分组没有以规定的数据速率到达，或者如果特定分组没有到达STB 113，或者两种情况都发生，则STB 113将会采用算法确定传输速率，或者确定在特定时间期间内丢失的分组数量，或者两种都确定。在该确定之后，STB 113采用算法确定更低的传输速率。
然后发送一个错误消息到媒体传送服务器108，该消息带有关于要采取的动作的指令。示意性地，该动作可以包括命令服务器104在规定的索引点处传输另一同步的视频流。可替换地，如果带宽容量不足以保持流式视频的传输，则该动作可以命令服务器104终止传输。
在步骤203的终止处，处理可以从步骤201开始进行重复。
在其他优点之中，示例性实施例的方法有助于为病人提供合适的流式视频QoS。值得注意的是，如果服务质量降低，是可以接受的；如果当前不存在带宽不足的情况，可以在稍后网络103和服务器108能够维持最小传输速率时观看该视频。而且，服务的终止将会减小网络104和服务器108的负荷。由此，网络104中的其他用户将会得到改善的服务质量。例如，在一定时间内终止一个视频流就可以满足以完全或者降低的传输速率来传输其他流式视频。
图3是根据一个示例性实施例的流式视频流量控制方法的流程图。在结合图1审视该方法时，能够对该方法进行最好的理解。共同的细节将整体上不再重复，以避免混淆对本示例性实施例的描述。
在步骤301，媒体传送服务器108提取从媒体传送服务器108传输到病人系统101的流式视频分组的分组丢失率测量值。用来确定分组丢失的方法可以是已知方法。示意性地，可以通过所选择的协议实现从接收器(例如STB 113)汇编分组丢失统计数据的已知技术。例如，RTP或RTSP协议可用于在分组接收器处确定分组丢失统计数据。根据一个示例性实施例，可以将这些数据提供给媒体传送服务器108。
在步骤302，可以将分组丢失数据与一个阈值进行比较。在一个示例性实施例中，媒体传送服务器108适于使用算法将分组丢失数据与该阈值进行比较。值得注意的是，可以有一个以上的阈值，每个值对应于一个特定的传输速率。基于该比较，算法可以判断是否需要传输速率的任何变化来选择与其中一个阈值最相关的传输速率。
为了说明的目的，假设存在分组丢失率的三个阈值：T1、T2和T3，其中T1表示最大的阈值(最低的传输速率)，T3表示最小的阈值(最高的传输速率)。假设分组丢失数据在T1和T2之间。由于选择最高传输速率(对应于最高传输速率)将会导致无法接受的QoS，因此服务器将会选择对应于第二阈值T2的传输速率。采用这种方式，QoS将会是可接受的。如果服务器108已经采用该“适中”数据速率进行传输，则将不需要进行改变。如果服务器108是采用更高数据速率进行传输的，则服务器108会将传输速率改变为该适中传输速率。最后，如果服务器108以更低的数据速率进行传输，则服务器108会将其传输速率改变到更高的数据速率。
在一个示例性实施例中，可以基于多个标准执行其他错误校正技术的分组丢失确定。例如，可以以预定时间间隔或者指定的次数执行对传输的采样来确定分组丢失；或者可以基于例如在所选择数据点上所基于的数据来确定。另外，采样速率可以通过最近的错误数据来管理。为此，如果来自最近采样的分组丢失数据接近一个阈值，则采样速率可以增加，因为到达该阈值等级的可能性也是可能增加的。
在步骤303，如果分组丢失值大于等于该阈值，则方法继续到步骤304。在步骤304，服务器将会基于步骤302的分析，切换到另一传输速率。如果在步骤303，分组丢失值小于该阈值，则方法继续到步骤305。服务器将会以同一速率继续传输该流式视频。在步骤304的末尾，方法从步骤301开始重复进行。
图4是根据一个示例性实施例的流式视频通信方法的流程图。与到目前为止所描述的、本质上是动态的方法不同，本方法更有预测性。在结合图1审视该方法时，能够对该方法进行最好的理解。共同的细节将整体上不再重复，以避免混淆对本示例性实施例的描述。值得注意的是，可以设想结合各个示例性实施例中动态方法与预测方法的各个方面的、用于传输流式视频的组合方法和设备。
在步骤401，估计媒体传送服务器108和STB 113之间的一条或多条路径之间的带宽容量。在一个实施例中，确定在路径中数据流量的潜在拥挤的静态总体图(static gross map)。在另一实施例中，可以基于每条路径的预期的数据流量负载来计算潜在拥挤。示意性地，静态图或者函数是基于接收器的位置(例口STB 113)和网络信息，诸如IP地址和pathchar函数的调用结果。
在步骤402，基于该估计，可以确定一个视频流或者一组视频流的传输速率(比特率)。值得注意的是，该估计将会提供每条路径的数据传输的容量等级。示意性地，服务器108选择与路径的负载容量相称的传输速率。
在步骤403，以所选择的传输速率传输流式视频。在一个实施例中，以所选择的传输速率传输流序列，其中该传输速率是基于在每个视频流传输时服务器108和STB 113之间路径的预测流量负载来选择的。
对于本公开，要注意的是，在此所述的各种方法和设备可以采用硬件和软件来实现，此外，各种方法和参数仅是以实例的形式包含的，并不具有限定意义。对于本公开，本领域技术人员将会在确定其自己的技术和用于这些技术的所需装置时实现本发明，同时保留在附带的权利要求的范围内。

Claims (18)

1、一种视频通信方法，包括以下步骤：
通过通信链路传输流式视频；
接收所述流式视频(201)；
确定所述链路上的带宽变化(202)；并且
根据所述带宽变化来改变对所述流式视频进行解码的速率(203)。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述改变步骤还包括：如果所述带宽变化为负，则降低所述传输的速率(304)。
3、如权利要求1所述的方法，其中，所述改变步骤还包括：如果所述带宽变化导致比最小值更小的带宽，则终止所述传输(304)。
4、如权利要求1所述的方法，其中，所述改变步骤还包括：
同时提供所述流式视频的一个以上的视频流，并且所述多个视频流中每一个都是以不同传输速率提供的；并且
基于所述带宽变化，切换到所述多个视频流中以更低传输速率传输的另一视频流。
5、如权利要求1所述的方法，其中，所述改变步骤还包括：
同时提供所述流式视频的一个以上的视频流，并且所述多个视频流中每一个都是以不同传输速率提供的；并且
基于所述带宽变化，切换到所述多个视频流中以更高传输速率传输的另一视频流。
6、如权利要求4所述的方法，还包括：
在所述多个视频流中每一个的多个所选择点处包含索引；并且在所述另一视频流的下一个索引处进行所述切换。
7、一种用于视频传输和接收的设备，包括：
视频播放器(113)，其接收流式视频，并且基于带宽变化，改变所述流式视频的传输速率。
8、如权利要求7所述的设备，其中，如果所述带宽变化为负，则所述视频播放器降低所述传输速率。
9、如权利要求7所述的设备，其中，所述视频播放器终止所述流式视频的传输。
10、如权利要求7所述的设备，其中，媒体服务器(108)同时提供所述流式视频的一个以上的视频流，并且所述多个视频流中每一个都是以不同传输速率提供的；并且所述视频播放器适于基于所述带宽变化，选择其中一个视频流。
11、如权利要求7所述的设备，其中，所述视频播放器是病人信息系统(100)的组件，所述媒体服务器是主机中心(102)的组件。
12、一种在通信系统中用于视频通信的方法，包括以下步骤：
以第一传输速率从媒体服务器向视频播放器以分组形式传输流式视频；
确定在所述传输中丢失的分组数量(301)；
将所述丢失的分组数量与阈值进行比较(302)；并且
基于所述比较，以所述第一传输速率继续所述传输(305)，或者将所述传输切换到第二传输速率(304)。
13、如权利要求12所述的方法，其中，所述第二传输速率小于所述第一传输速率。
14、如权利要求12所述的方法，其中，所述第二传输速率大于所述第一传输速率。
15、如权利要求12所述的方法，其中，所述视频播放器是病人信息系统(100)的组件，所述媒体服务器是主机中心(102)的组件。
16、一种在通信系统中用于视频通信的方法，包括以下步骤：
为流式视频通信的一条或多条路径估计带宽容量(401)；
基于所述估计，为所述多条路径中每一条选择传输速率(402)；并且
以所选择的传输速率、沿着每条路径将流式视频从媒体服务器传输到视频播放器(403)。
17、如权利要求16所述的方法，其中，所述估计步骤还包括：
汇编所述系统中所述多条路径的静态总体图；并且
预测在所述图中可能发生流量拥挤的位置。
18、如权利要求16所述的方法，其中，所述估计步骤还包括：
为所述系统的所述多条路径中每一条，计算期望流量负载的函数。
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