CN101800632A - 用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法与装置 - Google Patents

用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法与装置 Download PDF

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尤洪涛
王芳
周茂林
刘继年
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Abstract

本发明公开了一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法，包括：检测到所接收数据包丢包时，进行丢包补偿：启动第一等待计时，所述第一等待计时超时仍未接收到所述丢包时，将所述丢包的信息上报发送方，并启动第二等待计时，所述第二等待计时超时之前若接收到所述丢包，将其插入到所述所接收数据包中的对应位置，结束当前丢包补偿，在检测到新丢包时重新启动所述丢包补偿流程。本发明同时公开了一种实现前述方法的装置。本发明特别适合于目前的IPTV系统中的流媒体传输机制，较好地保证了IPTV的画音质量，提升了这一业务的竞争力及服务质量。

Description

用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法与装置
技术领域
本发明涉及一种用户数据报协议(UDP，User Datagram Protocol)传输模式下丢包补偿方法与装置。
背景技术
网络电视(IPTV，Internet Protocol Television)系统是基于互联网协议(IP，Internet Protocol)网络完成媒体数据传输、解码播放的视频业务系统，其核心技术是编码后的媒体数据以流的方式由媒体服务器传送到客户端(机顶盒)，客户端解码所接收的媒体数据，根据所解码的媒体数据产生模拟的活动视频，并在电视机等显示设备上进行显示。IPTV同时为用户提供视频媒体节目的点播、直播业务。
上述业务实现过程中，媒体数据由媒体服务器到机顶盒的媒体数据的传输质量，直接影响着用户的视频观看效果。如果媒体数据传输过程中出现了丢失，视频画面就会出现停顿或者马赛克画屏的情况。如何保证媒体数据传输的质量，向用户提供高质量的视频观看体验，是IPTV领域面临的最大技术问题。这是因为IP网络不提供传输质量保证，需要应用层通过技术手段来达到该目的。传统的基于传输控制协议(TCP，Transmission Control Protocol)的传输方式提供丢包重传功能，但其丢包重传是不可丢弃的，即如果有一个包丢失，整个传输过程将会被堵塞，直到该数据包传输完成，这种机制并不适合实时的流媒体传输，实时性较好的UDP传输机制是更合适的选择。但UDP传输方式并不提供丢包补偿机制，这制约了IPTV系统所提供多媒体数据的质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法与装置，能在UDP传输机制中提供数据包重传，保证了所传输数据的质量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法，包括：
检测到所接收数据包丢包时，进行丢包补偿：启动第一等待计时，所述第一等待计时超时仍未接收到所述丢包时，将所述丢包的信息上报发送方，并启动第二等待计时，所述第二等待计时超时之前若接收到所述丢包，将其插入到所述所接收数据包中的对应位置，结束当前丢包补偿，在检测到新丢包时重新启动所述丢包补偿流程。
优选地，所述方法还包括：
所述丢包补偿过程中连续未接收到丢包超过设定的第一阈值次数或/及丢包率超过设定的第二阈值时，停止所述丢包补偿流程；所接收数据包丢包率持续为0超过设定的第三阈值时间时，重新启动所述丢包补偿流程。
优选地，所述方法还包括：
所述第一等待计时超时之前接收到所述丢包时，结束当前丢包补偿流程，在检测到新丢包时重新启动所述丢包补偿流程。
一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法，包括：
接收到丢包的上报信息后，根据所述上报信息在所述丢包对应的接收方已发送数据包缓存中查找所述丢包，将所述丢包插入到所述接收方的待发送数据包队列中，发送至所述接收方。
优选地，接收到丢包的上报信息之前还包括：
检测所述接收方是否具有丢包补偿处理能力，有时以超过所述接收方数据编码带宽的速率发送数据包。
一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置，包括检测单元及丢包补偿单元，其中：
检测单元，用于检测到所接收数据包丢包时触发所述丢包补偿单元的第一计时启动模块；
所述丢包补偿单元包括：
第一计时启动模块，用于启动第一等待计时；
第一丢包检测模块，用于在所述第一等待计时过程中检测是否接收到所述丢包，未检测到所述丢包时触发丢包信息上报模块；
丢包信息上报模块，用于将所述丢包的信息上报发送方，并触发第二计时启动模块；
第二计时启动模块，用于启动第二等待计时；
第二丢包检测模块，用于在所述第二等待计时过程中检测是否接收到所述丢包，检测到所述丢包时触发丢包插入模块，否则触发所述检测单元；
丢包插入模块，用于将所述丢包插入到所述所接收数据包中的对应位置。
优选地，所述第二丢包检测模块检测到连续未接收到丢包超过设定的第一阈值次数或/及所述检测单元检测到所接收数据包丢包率超过设定的第二阈值时，停止所述丢包补偿单元；所述检测单元检测到所接收数据包丢包率超过持续为0超过设定的第三阈值时间时，重新启动所述丢包补偿单元。
优选地，所述装置还包括数据包存储器，所述数据包存储器至少包括三部分数据缓存区：一部分用于存储未经过丢包检测的数据包；一部分用于存储等待丢包重传的待补偿数据包；一部分是完整数据包，该数据区用于存储经过丢包补偿之后的数据包或者未检测到有丢包的数据包。
一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置，包括：
接收单元，用于接收丢包的上报信息；
查找单元，用于根据所述上报信息在所述丢包对应的接收方已发送数据包缓存中查找所述丢包，查找到时触发丢包插入单元；
丢包插入单元，用于将查找到的所述丢包插入到所述接收方的待发送数据包队列中；以及
发送单元，用于将所述待发送数据包队列发送至所述接收方。
优选地，所述装置还包括能力检测单元，用于检测接收方是否具有丢包补偿处理能力，有时触发所述发送单元以超过所述接收方数据编码带宽的速率发送数据包。
在接收方设置丢包补偿处理机制，以在检测到数据包丢包时通知发送方，使发送方重传所述丢包。其中，检测到数据包丢包时，并不立即通知发送方，而是启动一定时器来检测在定时器周期内是否能接收到所述丢包，若不能接收到所述丢包再将所述丢包的相关信息上报发送方，触发发送方重传所述丢包。发送方在已发送的数据缓存区查找到所述丢包，并将所述丢包插入到待发送数据包队列，发送至接收方。接收方接收到所述丢包后按其序号插入到所接收的相应数据包队列中，从而实现所接收数据的补偿。本发明保证了接收方所接收数据的完整性，很好地保证了所接收数据的质量，特别适合于目前的IPTV系统中的流媒体传输机制，较好地保证了IPTV的画音质量，提升了这一业务的竞争力及服务质量。
附图说明
图1为本发明一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法的流程示意图；
图2为本发明另一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法的流程示意图；
图3为本发明一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置的组成结构示意图；
图4为本发明另一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置的组成结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：在接收方设置丢包补偿处理机制，以在检测到数据包丢包时通知发送方，使发送方重传所述丢包。其中，检测到数据包丢包时，并不立即通知发送方，而是启动一定时器来检测在定时器周期内是否能接收到所述丢包，若不能接收到所述丢包再将所述丢包的相关信息上报发送方，触发发送方重传所述丢包。发送方在已发送的数据缓存区查找到所述丢包，并将所述丢包插入到待发送数据包队列，发送至接收方。接收方接收到所述丢包后按其序号插入到所接收的相应数据包队列中，从而实现所接收数据的补偿。本发明保证了接收方所接收数据的完整性，很好地保证了所接收数据的质量。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法包括：
步骤101：对所接收数据包进行检测，检测到所接收数据包丢包时，启动第一等待计时。
对所接收到的数据包进行丢包检测，即判断所接收到的数据包的序号是否连续，若连续则意味着没有丢包，不连续时缺失的数据包序号对应的数据包即为丢包。其中的丢包检测，并不是接收到数据包后即进行检测，而是设置一个待检测数据区，所述待检测数据区存储的数据包达到一定数量后才启动检测机制，这种机制能节约处理资源。
接收方可设置至少三部分数据缓存区：一部分用于存储未检测的数据包，该部分数据尚未经过丢包检测，为待检测数据包；一部分用于存储等待丢包重传的待补偿数据包，该部分数据包是检测到丢包的数据包，需要进行丢包补偿处理；一部分是完整数据包，该数据区用于存储经过丢包补偿之后的数据或者是未检测到有丢包的数据包，该部分数据包直接用于解析并输出至电视机等处理终端。
步骤102：启动第一等待计时，在所述第一等待计时周期内检测是否接收到所述丢包，若接收到执行步骤104，否则执行步骤103。
第一等待计时的时长一般设置为不超过80ms，这是因为，IP网络中存在着时延，数据包并不一定会按照其序号依序到达接收方，因此，步骤101中所检测到的丢包很可能在传输途中，因此，设置一定的时延等待时刻，以确定所检测丢包是否是因时延而导致的，如果超过所设置时延仍未接收到所述丢包，则认为所述丢包已丢失，启动步骤103。第一等待计时的时长计时通过设置定时器而实现。这里，通过存储检测待检测数据包的缓冲区来确定是否接收到所述丢包的。
步骤103：将所述丢包的信息上报发送方，并启动第二等待计时，在所述第二等待计时周期内检测是否接收到所述丢包，所述第二等待计时超时之前若接收到所述丢包，执行步骤104，否则执行步骤105。
这里，上报的所述丢包的信息主要是所述丢包的序号，接收方的IP标识如IP地址等，主要是方便接收方查找到所述丢包。第二等待计时的时长一般设置为不超过200ms，即IP网络中数据重传所需的合理时长，第二等待计时的时长计时也可通过设置定时器而实现。在存储检测待检测数据包的缓冲区检测所接收到的数据包，判断所接收数据包的序号是否存在所述丢包的序号，有时即确定仍未接收到所述丢包，否则未接收到所述丢包。第二等待计时超时仍未接收到所述丢包时，对丢包的数据包队列不再补偿，将有丢包的待补偿数据包转存于完整数据包的缓存区，解码处理后输出至相应的终端。
步骤104：将所述丢包插入到所接收数据包中的对应位置。
将所接收到的所述丢包按其序号插入到所接收的数据包队列中，即将所述丢包插入到待补偿数据包缓冲区中的对应数据包队列的对应位置上，实现丢包的补偿，使丢包的数据包队列形成完整数据，并将补偿后的数据包队列存储于完整数据缓存区。
步骤105：当前丢包补偿流程结束，返回步骤101。
本实施例的丢包补偿方法尤其适用于IPTV系统中的流媒体接收方，如机顶盒等。本发明实施例中，接收方(如机顶盒)与发送方(如媒体服务器)之间首先基于实时流传输协议(RTSP，Real Time Streaming Protocol)进行信令交互，进行流媒体传输之前的准备流程；同时，按照RTSP规范定义，双方建立实时传输控制协议(RTCP，Real-time Transport Control Protocol)信道，从而实现双方的流媒体的传输。
本实施例还包括：在丢包补偿过程中连续未接收到丢包超过设定的第一阈值次数或/及丢包率超过设定的第二阈值时，停止丢包补偿流程。
在进行本实施例的丢包补偿时，若连续出现未接收到丢包情况，即待补偿数据包缓冲区中的数据包直接转存于完整数据包缓冲区连续出现后，说明接收方与发送方之间信道条件较差或发送方出现了如处理资源紧张等问题，再进行丢包补偿流程无疑会导致更多的丢包，因此，需要停止丢包补偿而尽可能地多传输有效数据。当数据包的丢包率较大时说明当前的信道的信噪比较低，应停止丢包补偿流程。一般地，连续三次出现未接收到丢包情况且丢包率超过5％时，即停止丢包补偿的流程。对于单独使用丢包率或连续出现未接收到丢包的次数而停止丢包补偿的情况，参照前述的条件合理设置停止丢包补偿的条件即可，如丢包率超过8％时即停止丢包补偿的流程，或者，连续六次出现未接收到丢包情况时即停止丢包补偿的流程。
本实施例还包括：所接收数据包丢包率持续为0超过设定的第三阈值时间时，重新启动所述丢包补偿流程。
当然，如果信道条件出现好转之后，仍启动丢包补偿的流程，如丢包率为0且持续了1秒钟之后，重新启动所述丢包补偿流程。
图2为本发明另一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法的流程示意图，如图2所示，本发明实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法包括：
步骤201：接收到丢包的上报信息后，根据所述上报信息在所述丢包对应的接收方已发送数据包缓存中查找所述丢包，若查找到执行步骤202，否则结束当前流程。
发送方接收到丢包的上报信息如丢包的序号，提取接收方的标识信息如IP地址或MAC地址等，确定出接收方是身份，在该接收方的已发送数据包队列缓存区中查找所述丢包，如果查找到则执行步骤202，否则结束当前流程。
发送方为每个数据信道设置一个缓存区，用于存储已发送至发送方的数据包，缓冲区设置的越大越好，但考虑到成本等因素，只要能满足接收到接收方的所述丢包的查询请求时仍存储了之前所发送的所述丢包即可。
发送方基于RTSP及RTCP与接收方之间进行信令交互及流媒体数据传输。在与接收方进行初始信令交互时，发送方还确定接收方是否支持前述的丢包补偿功能，支持时将以超出设定带宽要求的速率向所述接收方发送流媒体数据，以补偿接收方因进行丢包补偿操作可能导致的消耗是带宽数据。接收方通过在RTSP交互信令的DESCRIBE消息中附加一个扩展字段来表示自己支持丢包补偿能力，扩展字段定义为：x-zmssRtxSdp，该扩展字段在DESCRIBE消息体中单独占一行。发送方与接收方之间的丢包补偿交互信令，采用RFC4585中定义的Generic NACK消息，使用立即反馈模式，采用最小复合反馈包。关于GenericNACK消息的格式，参见RFC4585协议。
本实施例的丢包补偿方法尤其适用于IPTV系统中的流媒体发送方，如媒体服务器等。
步骤202：将所述丢包插入到所述接收方的待发送数据包队列中，发送至所述接收方。
发送方将所查找出的所述丢包插入到待发送数据包队列的最前面，以在第一时间发送至所述接收方。
发送方的数据包重传机制采用同步源标识符复用(SSRC-multiplexing)方式。重传流与原始流的对应关系通过在会话描述协议(SDP，Session DescriptionProtocol)中添加相关属性传递给接收方，重传包及SDP包的具体格式及规定参见RFC4588，这里不再赘述。
本领域技术人员应当理解，图1及图2所揭示的方法可结合于一起使用，其中，图1所示方法用于数据接收方，IPTV系统中的机顶盒，图2所示方法用于数据发送方，如IPTV系统中的媒体服务器。
图3为本发明一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置的组成结构示意图，如图3所示，本发明实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置包括检测单元30、丢包补偿单元31及存储器32，其中，检测单元30用于检测到所接收数据包丢包时触发所述丢包补偿单元31的第一计时启动模块310；存储器32用于存储所接收到的数据包；丢包补偿单元31包括第一计时启动模块310、第一丢包检测模块311、丢包信息上报模块312、第二计时启动模块313、第二丢包检测模块314及丢包插入模块315，其中，第一计时启动模块310用于启动第一等待计时，第一等待计时的时长一般设置为不超过80ms，可通过设置定时器而实现；第一丢包检测模块311用于在所述第一等待计时过程中检测是否接收到所述丢包，未检测到所述丢包时触发丢包信息上报模块312；丢包信息上报模块312用于将所述丢包的信息上报发送方，并触发第二计时启动模块313；第二计时启动模块313用于启动第二等待计时，第二等待计时的时长一般设置为不超过200ms，可通过设置定时器而实现；第二丢包检测模块314用于在所述第二等待计时过程中检测是否接收到所述丢包，检测到所述丢包时触发丢包插入模块，否则触发所述检测单元；丢包插入模块315用于将所述丢包插入到所述所接收数据包中的对应位置。存储器32中至少设置三部分数据缓存区：一部分用于存储未检测的数据包，该部分数据尚未经过丢包检测，为待检测数据包；一部分用于存储等待丢包重传的待补偿数据包，该部分数据包是检测到丢包的数据包，需要进行丢包补偿处理；一部分是完整数据包，该数据区用于存储经过丢包补偿之后的数据或者是未检测到有丢包的数据包，该部分数据包直接用于解析并输出至电视机等处理终端。
图3所示的装置适用于IPTV系统中的发送方如机顶盒等。
本领域技术人员应当理解，本实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置是为实现图1所示的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法而设计的，图3所示装置中的各处理单元及模块的实现功能可参照图1所示的方法中的相关描述而理解。本发明实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置中各单元、模块的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。
图4为本发明另一种实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置的组成结构示意图，如图4所示，本发明实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置包括接收单元40、查找单元41、丢包插入单元42、发送单元43及能力检测单元44，其中，接收单元40用于接收丢包的上报信息；查找单元41用于根据所述上报信息在所述丢包对应的接收方已发送数据包缓存中查找所述丢包，查找到时触发丢包插入单元42；丢包插入单元42用于将查找到的所述丢包插入到所述接收方的待发送数据包队列中；发送单元43用于将所述待发送数据包队列发送至所述接收方。能力检测单元44用于检测接收方是否具有丢包补偿处理能力，有时触发发送单元43以超过接收方数据编码带宽的速率发送数据包，以补偿接收方因进行丢包补偿操作可能导致的消耗是带宽数据。接收方通过在RTSP交互信令的DESCRIBE消息中附加一个扩展字段来表示自己支持丢包补偿能力，扩展字段定义为：x-zmssRtxSdp，该扩展字段在DESCRIBE消息体中单独占一行。能力检测单元44通过接收到的DESCRIBE消息来确定接收方是否具有丢包补偿能力。
图4所示的装置适用于IPTV系统中的接收方如媒体服务器等。
本领域技术人员应当理解，本实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置是为实现图2所示的用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法而设计的，图4所示装置中的各处理单元的实现功能可参照图2所示的方法中的相关描述而理解。本发明实施例的用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置中各单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法，其特征在于，包括：
检测到所接收数据包丢包时，进行丢包补偿：启动第一等待计时，所述第一等待计时超时仍未接收到所述丢包时，将所述丢包的信息上报发送方，并启动第二等待计时，所述第二等待计时超时之前若接收到所述丢包，将其插入到所述所接收数据包中的对应位置，结束当前丢包补偿，在检测到新丢包时重新启动所述丢包补偿流程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述丢包补偿过程中连续未接收到丢包超过设定的第一阈值次数或/及丢包率超过设定的第二阈值时，停止所述丢包补偿流程；所接收数据包丢包率持续为0超过设定的第三阈值时间时，重新启动所述丢包补偿流程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述第一等待计时超时之前接收到所述丢包时，结束当前丢包补偿流程，在检测到新丢包时重新启动所述丢包补偿流程。
4.一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿方法，其特征在于，包括：
接收到丢包的上报信息后，根据所述上报信息在所述丢包对应的接收方已发送数据包缓存中查找所述丢包，将所述丢包插入到所述接收方的待发送数据包队列中，发送至所述接收方。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，接收到丢包的上报信息之前还包括：
检测所述接收方是否具有丢包补偿处理能力，有时以超过所述接收方数据编码带宽的速率发送数据包。
6.一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置，其特征在于，包括检测单元及丢包补偿单元，其中：
检测单元，用于检测到所接收数据包丢包时触发所述丢包补偿单元的第一计时启动模块；
所述丢包补偿单元包括：
第一计时启动模块，用于启动第一等待计时；
第一丢包检测模块，用于在所述第一等待计时过程中检测是否接收到所述丢包，未检测到所述丢包时触发丢包信息上报模块；
丢包信息上报模块，用于将所述丢包的信息上报发送方，并触发第二计时启动模块；
第二计时启动模块，用于启动第二等待计时；
第二丢包检测模块，用于在所述第二等待计时过程中检测是否接收到所述丢包，检测到所述丢包时触发丢包插入模块，否则触发所述检测单元；
丢包插入模块，用于将所述丢包插入到所述所接收数据包中的对应位置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二丢包检测模块检测到连续未接收到丢包超过设定的第一阈值次数或/及所述检测单元检测到所接收数据包丢包率超过设定的第二阈值时，停止所述丢包补偿单元；所述检测单元检测到所接收数据包丢包率超过持续为0超过设定的第三阈值时间时，重新启动所述丢包补偿单元。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数据包存储器，所述数据包存储器至少包括三部分数据缓存区：一部分用于存储未经过丢包检测的数据包；一部分用于存储等待丢包重传的待补偿数据包；一部分是完整数据包，该数据区用于存储经过丢包补偿之后的数据包或者未检测到有丢包的数据包。
9.一种用户数据报协议传输模式下丢包补偿装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收丢包的上报信息；
查找单元，用于根据所述上报信息在所述丢包对应的接收方已发送数据包缓存中查找所述丢包，查找到时触发丢包插入单元；
丢包插入单元，用于将查找到的所述丢包插入到所述接收方的待发送数据包队列中；以及
发送单元，用于将所述待发送数据包队列发送至所述接收方。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括能力检测单元，用于检测接收方是否具有丢包补偿处理能力，有时触发所述发送单元以超过所述接收方数据编码带宽的速率发送数据包。
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