CN101548500A - 抖动缓冲器控制 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的控制可适应的抖动缓冲器的方法检测(S1)由可适应的抖动缓冲器处理的数据的上下文描述。之后确定(S2)检测的上下文描述是否与预定的上下文描述相同。如果不,抖动缓冲适应如正常进行(S3)。否则确定(S4)当前目标缓冲深度对于检测的上下文描述是否太低。如果不,冻结(S5)目标缓冲深度到当前值。否则(S6)它被增加并且冻结在与检测的上下文描述相兼容的更高的值。
Description
技术领域
本发明大体上涉及控制适应性的抖动缓冲器。
背景技术
在任何基于IP(互联网协议)的通信系统中,存在处理所谓的时延抖动的需要。时延抖动由于到IP端点不平稳的包传送速率而发生,包传送时间的变化由于各种不同的原因发生。例子是在路由器中由于在使用例如HSPA(高速分组接入)和WLAN(无线局域网)等的共享信道的接入类型中的变化负荷、高负荷的变化的处理时间。在多半情况下,所有基于IP的系统显示这种行为。
语音解码器需要以规则时间间隔传送平滑的包流以便处理并且呈现语音信号。如果这个平滑的速率不能保持,在前一帧之后紧接太快传送的编码语音帧可能被漏掉并且如果语音帧传送得太晚,相反会使用错误隐藏用于呈现语音。这两个情况都产生降低的语音质量。
在VoIP(IP电话)服务中,所谓的抖动缓冲器在包接收实体和语音解码器之间使用以起语音帧速率均衡器的作用。如果这个缓冲器足够地深,变化或时延抖动将由缓冲器处理并且编码语音帧可以以平滑的速率传送到语音解码器。
抖动缓冲器的缺点是如果缓冲深度比时延抖动大,将引入不必要的时延。由于低的会话时延是实时通信服务的关键特征,因此这降低会话质量。因此,抖动缓冲器适应性用于在运行时间通过控制机制改变缓冲器的深度。到这个控制机制的输入典型地是在该会话期间收集的统计,使调节缓冲深度以优化在由传送链路的抖动触发的错误隐藏操作之间的权衡并且仍然最小化会话时延成为可能。
存在不同的机制可用于使抖动缓冲深度适应。它们可以分为两个不同的类别:基于帧的适应机制和基于样本的适应机制。
基于帧的机制通过插入或移除完整的语音帧到缓冲器而实施。如果在静默时段(即,在话音突峰的开始或结束)使用,适应动作对媒体质量的影响较小。如果语音活动性高且有极少和/或短的静默时段,主要的缺点发生。在那种情况下,在活动语音时段适应将被迫发生,结果带有严重的质量降低。
基于样本的机制通过在时域内展宽和/或压缩解码语音信号实施。不同的类似法可以用于识别可以展开或压缩以改变语音信号的时间轴的该语音信号中的模式。这样,可以改变每个语音帧表示的时间使得语音解码器可以改变它要求的来自抖动缓冲器的编码语音帧的传送速率。结果是缓冲器增长或缓冲器降低;抖动缓冲器水平适应性。
当进行适应时基于样本的机制还引入媒体质量伪信号。基于样本的机制与稳定的信号一起工作良好但瞬变现象更加复杂。此外,如果语音信号具有一些周期性的内容,其是对于大多数流行音乐的情况,容易听到时间换算操作并且会是相当令人讨厌的。
发明内容
因为基于样本的适应机制和基于帧的机制都导致伪信号,它们应该尽可能少地使用。优选地它们应该仅当存在保持会话时延低的需要时使用。对于大多数其他使用情况,例如每当在编码语音数据中存在周期性(例如音乐)时,应该避免常规的适应。
本发明的目标是提供控制机制,其使修改常规的抖动缓冲器适应性成为可能。
这个目标根据附加的权利要求实现。
简要地,本发明涉及检测由可适应的抖动缓冲器处理的数据的上下文描述以及对于预定检测的上下文描述覆盖抖动缓冲深度最小化。该上下文描述可以是对于缓冲器处理的数据的固有的或非固有的。
附图说明
本发明与其的另外的目标和优势一起可通过参考下列与附图结合的说明而最好地理解,其中
图1是常规适应抖动缓冲器实施的框图;
图2是示出根据本发明的控制可适应的抖动缓冲器的方法的实施例的流程图;
图3是根据本发明的适应的抖动缓冲器控制器的实施例的框图;
图4是根据本发明的适应的抖动缓冲器控制器的另一个实施例的框图;
图5是根据本发明的控制可适应的抖动缓冲器的方法的实施例的流程图;
图6是根据本发明的适应的抖动缓冲器控制器的另一个实施例的框图;
图7是根据本发明的控制可适应的抖动缓冲器的方法的另一个实施例的流程图;以及
图8是根据本发明的适应的抖动缓冲器控制器的另一个实施例的框图。
具体实施方式
在下列说明中相同的标号将用于执行相同或相似功能的元件。
图1是常规适应抖动缓冲实施的框图,例如在[1]中说明的。接收到的包从下层向解包器10转发,在其中它们被解包。解包的包的有效载荷被转发至抖动缓冲器12,其中它们被缓冲并且之后被转发至语音解码器14(典型地包括ECU(错误隐藏单元))。解码的信号被转发至时间换算算法16,其生成最终的音频输出。单元12、14和16由抖动缓冲器控制单元18控制。控制单元18从解包器10、下层、统计单元22和操作参数单元24接收控制信息。抖动缓冲器控制单元18使用这个控制信息使缓冲深度适应(最小化)通行网络状态。
图2是示出根据本发明的控制可适应的抖动缓冲器的方法的实施例的流程图。步骤S1检测由可适应的抖动缓冲器处理的数据的上下文描述。步骤S2确定所检测的上下文描述是否与预定的上下文描述(其可以是几个可能的上下文描述中之一)相同。如果不,抖动缓冲器适应在步骤S3中如常进行。否则步骤S4确定当前目标缓冲深度对于检测的上下文描述是否太低。如果不,步骤S5冻结目标缓冲深度到当前值。否则步骤S6增加并且冻结目标缓冲深度在与检测的上下文描述相兼容的较高值。从而,步骤S5和S6都覆盖正常的抖动缓冲适应。根据检测的上下文描述的类型,步骤S4和S5可不需要。
上下文描述可以是对于缓冲器处理的数据的固有的或非固有的。固有上下文描述的例子是由抖动缓冲器处理的数据的内容。信号的内容确定作为适应机制的结果的质量降低将有多大。如果例如音乐等的周期性信号存在于信号中,适应程序的影响将是信号严重的质量降低。这样的适应因此应该避免或被覆盖。
作为例子,存在一个特殊的使用情况,其中这是明显可应用的并且其是在保持中使用音乐的时候。在这样的程序中,会话的一个终点使另一个在保持中并且当这样做时,音乐在已经被置于保持中的终点播出。在这个情况下,不存在低会话时延的要求,因为媒体仅在一个方向上流动。
根据本发明的一个实施例,可以分类输入信号并且检测周期性内容的信号分类算法可以用于向抖动缓冲器控制算法发送附加的数据。来自控制算法的响应可以是要通过冻结目标缓冲深度在当前水平而暂时关闭适应或是要通过冻结目标缓冲深度在更高水平而立刻触发向上的适应。在任一个情况下,在这个时间期间可减少适应伪信号,其中检测到周期性的内容并且会增加平均媒体质量。当分类再次指出语音,适应恢复到它的正常状态,其中最小化缓冲深度。注意这个实施例对于可以显示较大抖动的链路,例如HSPA(高速分组接入)、WLAN(无线局域网)、WiMAX(全球微波互联接入)和其他基于共享信道的接入技术等的特别有用。
图3是根据本发明的适应的抖动缓冲器控制器的实施例的框图。在这个实施例中单元10、12、14、16、22、24与具有在图1中具有相同标号的元件类似并且因而将不详细说明。信号分类器26插入在解包器10和抖动缓冲器12之间的编码域。分类数据被转发至信号分类器数据存储单元28。单元28的输出作为控制信号提供给抖动缓冲器控制单元30。对控制信号的响应目的在于通过覆盖正常的适应(缓冲深度最小化)来减少适应伪信号。这通过冻结目标缓冲深度在它的当前值或通过冻结目标缓冲深度在更高的值触发立即的向上适应而完成。如果当前值认为是过低的,后一个选择是有效的。
调节信号分类器以检测信号内容,其使抖动缓冲适应伪信号更加严重。一个范例实施可包括可以检测音乐内容并且因此可以限制抖动缓冲器适应的信号分类器。另一个范例实施可包括能够检测可增大适应伪信号的质量降低的严重的背景噪声的信号分类器。在编码域内信号分类的原理在例如[2]中论述。
在图3中示出的实施例的变型在图4中示出。在这个实施例中信号分类器26在时间换算算法16后提供并且在时(样本)域中进行信号分类。另一个可能性是直接在解码器后提供分类器。在两种情况下分类都在解码信号上进行。在解码域内信号分类的原理在例如[3]中论述。音乐可通过使用在例如MPEG-7(运动图像专家组)中论述的零相交率检测。
尽管单元26和28作为分立单元示出,将它们组合成为单个单元也是可能的。
图5是根据本发明的控制可适应的抖动缓冲器的方法的实施例的流程图。这个实施例从由可适应的抖动缓冲器12(在编码或解码域)处理的数据抽取固有的上下文描述。步骤S1A将接收到的数据的内容分类(例如音乐/语音,背景噪音/语音,等等)。步骤S2A确定检测的内容种类是否与预定的内容种类(例如音乐或背景噪音)相同。剩余的步骤S3-S6与在图2中步骤S3-S6相同。
另一个减少适应伪信号的方式是将当前信号放入它的合适的非固有的上下文中。在正常的会话中,媒体流将是全双工的。会话协商可指出两个终点都可在发送-接收模式中。在这个情况下,抖动缓冲操作的正常的准则适用,其意味着一直最小化缓冲深度而不允许抖动导致的丢失率增长。然而,当通话被置于保持中时,客户都将看见这个会话不再是全双工的会话。因为媒体现在仅允许在一个方向上流动,时延标准可被放松。
在这个情况下,尽管没有周期性的信号可被检测到,仍然分配它的抖动缓冲器和语音解码器并且准备接收和处理媒体的客户不需要如在全双工通话中最小化缓冲时延。缓冲器可以冻结适应或在会话流参数更新时就向上适应,只要媒体流仅在一个方向上就避免缓冲深度最小化并且当会话恢复到全双工时恢复正常操作。同样在这个情况下,适应伪信号减少并且媒体质量提高。
图6是根据本发明的适应的抖动缓冲器控制器的另一个实施例的框图。这个实施例不基于信号的具体内容(固有的上下文描述)的检测,相反地其中使用信号的非固有上下文。
当通信会话建立时,使用会话控制协议。例如,如果会话控制协议是基于SIP(会话初始化协议)和SDP(会话描述协议),在SDP中存在有媒体流信息,其可以通过通信会话控制单元32检测并且由非固有上下文数据存储单元34作为非固有上下文描述使用。SDP参数包括指出在会话期间媒体朝哪个方向流动的属性。那个属性可以包含下列值:“sendrecv(发送接收)”、“sendonly(仅发送)”、“recvonly(仅接收)”以及“inactive(不活动的)”。对于全双工会话,媒体流属性设置在“sendrecv(发送接收)”但对于仅允许接收媒体的终端方,它的会话媒体流属性设置在“recvonly”,抖动缓冲适应控制算法可以通过冻结目标缓冲深度在它的当前值或通过冻结目标缓冲深度在更高的值触发立即的向上适应而放松它的时延最小化努力。如果当前值认为是过低的后一个选择是有效的。
在IMS(IP多媒体子系统)多媒体电话中,支持称为HOLD的补充服务。在这个服务中,会话媒体流属性典型地从“sendrecv”分别变为“sendonly”和“recvonly”。在这个情况下,如果使用例如谈话和保持中的音乐(music-on-hold)等的任何媒体,作为在适应控制中的非固有上下文描述的会话上下文参数的使用可增加在“recvonly”上的客户的媒体质量。
另外,不同的操作者对特定的服务可具有不同的服务配置。例如不同的用户预约可被描绘有不同特征。“金”预约者可利用通过本发明实现的性能增强的保持中的音乐媒体质量而“经济型”用户不能。这个特征通过在图6中的客户配置单元36实现。
图7是根据本发明的控制可适应的抖动缓冲器的方法的另一个实施例的流程图。这个实施例抽取由可适应的抖动缓冲器12处理的数据的非固有的上下文描述。步骤S1B检测由抖动缓冲器处理的数据的SDP媒体流属性。步骤S2B确定检测的SDP媒体流属性是否与“recvonly”相同。剩余的步骤S3-S6与在图2中步骤S3-S6相同。
在上文说明中固有和非固有上下文描述控制机制以各自的实施例说明。然而,两个机制也可以结合,如在图8中示出的。
关于在目标抖动缓冲深度上增加,它取决于由信道引入的抖动变化。根据经验,大约100%的增加可是可行的。然而,如果抖动变化是小的这可是过高的。一般而言增加不应该过大,因为当恢复正常适应时这将增加再次获得最小抖动缓冲深度所花费的时间。
尽管说明的实施例示出基于抖动缓冲器控制器的例子,意识到相同的原理也可以适用于基于帧的抖动缓冲器控制器。框图中的本质区别可是缺少时间换算算法16。
在上文说明的实施例中目标缓冲深度用作用于改变抖动缓冲器控制算法的参数。备选方案是使用目标帧丢失率作为控制参数来代替。因而,目标帧丢失率可冻结在它的当前值。适应算法将增加缓冲深度直到获得这个丢失率。如果当前目标帧丢失率认为是过高的,它可以冻结在预定的较低值。再次,适应算法将增加缓冲深度直到获得这个丢失率。这个实施例的优势是帧丢失率与获得的信号质量紧密联系。
在说明的实施例中各种不同的框的功能性典型地通过一个或一个以上微处理器或微/信号处理器组合和相应的软件获得。
本发明的优势是当会话的端到端时延标准与操作的默认状态相比放松时使增加媒体质量成为可能。利用固有和/或非固有信号上下文控制抖动缓冲适应控制算法是进一步优化媒体质量的新方式,特别地当使用共享信道时。
本领域内技术人员将理解可对本发明做出各种不同的改动和变化而不偏离其的范围,其由附加权利要求定义。
缩写
ECU 错误隐藏单元 IMS IP多媒体子系统
HSPA 高速包接入 SIP 会话初始化协议
IP 互联网协议 VoIP IP电话
MPEG 运动图像专家组 WiMAX 全球微波互联接入
SDP 会话描述协议 WLAN 无线局域网
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[3]Signal classification;MPEG-7 standard(ISO/IEC 15938-4:2002,Information technology-Multimedia content description interface-Part4:Audio)
Claims (24)
1.一种控制可适应抖动缓冲器的方法,包括步骤:
检测由所述可适应抖动缓冲器处理的数据的上下文描述;
对于预定检测的上下文描述覆盖抖动缓冲深度最小化。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述覆盖步骤包括冻结目标抖动缓冲深度在当前值。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述覆盖步骤包括冻结目标抖动缓冲深度在比所述当前值更高的预定值。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述覆盖步骤包括冻结目标帧丢失率在当前值。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述覆盖步骤包括冻结目标帧丢失率在比所述当前值更低的预定值。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法,其中由所述检测的上下文描述所描述的上下文是对于所述可适应抖动缓冲器所处理的数据固有的。
7.如权利要求6所述的方法,其中所述上下文描述从由所述可适应抖动缓冲器所处理的数据中检测。
8.如权利要求7所述的方法,其中所述上下文描述从转发至所述可适应抖动缓冲器的编码数据中检测。
9.如权利要求7所述的方法,其中所述上下文描述从在通过所述可适应抖动缓冲器后已经被解码的数据中检测。
10.如权利要求1-5中任一项所述的方法,其中由所述检测的上下文描述所描述的上下文是对于所述可适应抖动缓冲器所处理的数据非固有的。
11.如权利要求10所述的方法,其中由所述可适应抖动缓冲器所处理的数据的服务上下文从通信会话数据中检测。
12.如权利要求10所述的方法,其中由所述可适应抖动缓冲器所处理的数据的服务上下文从客户配置数据中检测。
13.一种可适应抖动缓冲器控制器,包括:
用于检测由所述可适应抖动缓冲器(12)所处理的数据的上下文描述的装置(26;32,36);
用于覆盖对于预定检测的上下文描述的抖动缓冲深度最小化的装置(28,34)。
14.如权利要求13所述的控制器,包括用于冻结目标抖动缓冲深度在当前值的装置(30)。
15.如权利要求13所述的控制器,包括用于冻结目标抖动缓冲深度在比所述当前值更高的预定值的装置(30)。
16.如权利要求13所述的控制器,包括用于冻结目标帧丢失率在当前值的装置。
17.如权利要求13所述的控制器,包括用于冻结目标帧丢失率在比所述当前值更低的预定值的装置。
18.如上述权利要求13-17中任一项所述的控制器,其中所述检测装置(26)适于检测对于所述可适应抖动缓冲器(12)所处理的数据固有的上下文描述。
19.如权利要求18所述的控制器,其中所述检测装置(26)适于从所述可适应抖动缓冲器(12)所处理的数据中检测上下文描述。
20.如权利要求19所述的控制器,其中所述检测装置适于从转发至所述可适应抖动缓冲器的编码数据中检测上下文描述。
21.如权利要求19所述的控制器,其中所述检测装置适于从在通过所述可适应抖动缓冲器后已经被解码的数据中检测上下文描述。
22.如权利要求13-17中任一项所述的控制器,其中所述检测装置(32,36)适于检测对于所述可适应抖动缓冲器(12)所处理的数据固有的上下文描述。
23.如权利要求22所述的控制器,其中所述检测装置(32)适于从通信会话数据中检测由所述可适应抖动缓冲器(12)所处理的数据的服务上下文。
24.如权利要求22所述的控制器,其中所述检测装置(36)适于从客户配置数据中检测由所述可适应抖动缓冲器(12)所处理的数据的服务上下文。
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Application publication date: 20090930 |