CN102763408B

CN102763408B - 基于svc的e-mbms流传输方法和设备

Info

Publication number: CN102763408B
Application number: CN201080061245.5A
Authority: CN
Inventors: 杜鸿飞
Original assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: CN102763408A; WO2011097755A1

Abstract

本发明提出了一种可分级编码流的传输方法，包括步骤：从组播组中的各用户设备接收信道状态指示符；基于信道状态指示符来设置可分级编码流中基础层的速率和增强层的速率；以所确定的速率分别对可分级编码流的基础层和增强层进行编码；以及向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流。还提出了进行可分级编码流的传输的基站。利用根据本发明的可分级编码流的传输方法，实现了视频质量和带宽/功率效率之间的折衷，可以适应网络和信道的动态变化。

Description

基于SVC的E-MBMS流传输方法和设备

技术领域

本发明涉及演进多媒体广播组播业务E-MBMS流传输方法和设备，更具体地，涉及基于可分级视频编码SVC的E-MBMS流传输方法和设备。

背景技术

当前，存在多种确定E-MBMS组播(MC)组的传输速率的方法。根据所有组成员所经历的无线衰落信道的容量，可以确定E-MBMS流的传输速率。

诸如H.264MPEG高级视频编码(AVC)的可分级视频编码SVC使得可以传输视频/音频数据，同时适应大范围的下层网络/链路变化以及接收机分集。在SVC编码的流中，视频流关于时间(帧速率)、空间(分辨率)和质量(信噪比)，被划分为基础层(BL)和多个增强层(EL)流。基础层的接收保证了用户最低的接收下限，在此基础上，毎接收到一些增强层信息都可以渐进地提高重构视频的质量。

利用SVC技术，E-MBMS流的内容可以被编码为多个流，其中，一个流是包括E-MBMS的基本内容的基础流，而其它流是对基本内容的增强的增强流。基础流提供了必须成功接收以产生原始流的最低质量的最小可编码内容。增强流基于基础流进一步提供增强的内容。

当前，广泛采用一种静态可分级视频编码方法。在源编码器一侧，针对基础层(BL)和增强层(EL)，设置固定的缺省速率，而不考虑用户设备的信道状态。虽然固定设置对编码器的要求降低，但是固定设置的效率较低，并且系统容量较小。

对于E-MBMS组播场景，因为基站希望能够处理由多个用户设备所引起的不同情况和动态场景，这种静态可分级视频编码方法的缺陷尤其明显。

因此，对于E-MBMS组播，需要一种改进的可分级视频编码方法。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种可分级编码流的传输方法，可以根据用户设备的端到端性能报告和信道状态指示符，动态地确定流中基础层和增强层的速率，从而适应网络和信道的状态的动态变化。

根据本发明的第一方案，提出一种可分级编码流的传输方法，包括步骤：从组播组中的各用户设备接收信道状态指示符；基于信道状态指示符来设置可分级编码流中基础层的速率和增强层的速率；以所确定的速率分别对可分级编码流的基础层和增强层进行编码；以及向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流。

优选地，所述可分级编码流包括多个增强层，所述方法还包括步骤：从组播组中各用户设备接收端到端性能报告；基于所述端到端性能报告和信道状态指示符来确定所述多个增强层的速率。

优选地，将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最小速率。

优选地，将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率的平均速率。

优选地，将增强层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最大速率。

优选地，所述端到端性能报告将所述组播组中的用户设备识别为多个服务质量等级；并且，基于所述端到端性能报告和信道状态指示符来确定所述多个增强层的速率的步骤包括：根据所述多个服务质量等级来设置各个增强层的速率。

优选地，在向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流期间，重复进行所述接收、设置速率、和编码的步骤，并向组播组中各用户设备传输重新编码后的可分级编码流。

优选地，所述可分级编码流是MBMS组播流，并且组播组是MBMS组播组。

优选地，所述可分级编码流是基于可分级视频编码的可分级编码流。

根据本发明的第二方案，提出一种基站，包括：信道状态接收单元，用于从组播组中的各用户设备接收信道状态指示符；速率确定单元，用于基于信道状态指示符来设置可分级编码流中基础层的速率和增强层的速率；编码单元，用于以所确定的速率分别对可分级编码流的基础层和增强层进行编码；以及流传输单元，用于向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流。

优选地，所述可分级编码流包括多个增强层，并且，所述基站还包括：端到端性能接收单元，用于从组播组中各用户设备接收端到端性能报告；并且，所述速率确定单元还基于所述端到端性能报告和信道状态指示符来确定所述多个增强层的速率。

优选地，所述速率确定单元将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最小速率。

优选地，所述速率确定单元将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率的平均速率。

优选地，所述速率确定单元将增强层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最大速率。

优选地，所述端到端性能报告将所述组播组中的用户设备识别为多个服务质量等级；并且，所述速率确定单元根据所述多个服务质量等级来设置各个增强层的速率。

优选地，在所述流传输单元向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流期间，所述信道状态接收单元、所述速率确定单元和所述编码单元操作，并且所述流传输单元向组播组中各用户设备传输重新编码后的可分级编码流。

利用根据本发明的可分级编码流的传输方法和基站，可以实现以下技术效果：

-最大化的避免基站的基本层和增强层的无用传输；

-实现用户设备的能力允许范围内的最高视频效果；以及

-节省带宽和功耗，提高传输效率和用户设备的接收服务质量。

附图说明

结合附图，根据下面对本发明的非限制性实施例的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中：

图1示出了根据本发明实施例的可分级编码流的传输方法的信令流图；

图2示出了E-MBMS流传输的一个示例场景；以及

图3示出了用于实现根据本发明实施例的可分级编码流的传输方法的系统的框图。

具体实施方式

下面，结合附图来详细描述本发明的实施例。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明的示例。需要指出的是，示意图仅示出了与现有系统的区别，而省略了常规结构或构造，以免导致对本发明的理解不清楚。

可分级编码方法可以通过编码器的非线性特性和增强层渐进增强服务质量的特性，使得相同信源传送的数据被多样化的接收端最大限度的采集到，这种机制尤其适用于广播组播场景，既简化了发送端的复杂度又考虑到了接收端的多样性，从而使所有用户都能够接收到应有的服务质量。

图1示出了根据本发明实施例的可分级编码流的传输方法的信令流图。

如图1所示，在MBMS会话开始时，基站通过发射天线，向MBMS组播组中的用户设备发送会话开始消息。

接收到会话开始消息的用户设备向基站反馈信道状态指示符CSI和端到端(E2E)性能报告。信道状态指示符CSI指示信道的条件。端到端性能报告主要包括链路的延迟、丢包率和吞吐量或传输容量等参数，指定了用户设备订阅的服务质量(QoS)等级。

基站根据MBMS组播组中各用户设备的反馈信道状态指示符CSI和端到端性能报告消息，确定基础层和增强层的速率，并按照所确定速率对MBMS流进行编码，产生具有所确定速率的基础层和增强层。然后，向MBMS组播组中各用户设备发送所编码的MBMS流。

MBMS组播组中各用户设备在MBMS会话进行过程中，在信道状态改变较大或端到端性能改变较大时，或者周期性地，向基站反馈更新的反馈信道状态指示符CSI和端到端性能报告消息。

基站在从MBMS组播组中各用户设备接收到更新的信道状态指示符CSI和端到端性能报告消息时，重新确定基础层和增强层的速率，并按照所确定速率对MBMS流进行编码，产生具有重新确定速率的基础层和增强层，并将其发送给用户设备。

在MBMS会话结束时，用户设备向基站发送MBMS会话结束消息，以告知基站MBMS会话结束。当然，可以由基站发起会话结束。在这种情况下，基站向用户设备发送会话结束消息，通知用户设备会话将结束。

在根据本发明实施例的可分级编码流的传输方法中，基站将根据MBMS组播组中各用户设备的信道状态指示符CSI和端到端性能报告消息，动态地对MBMS流进行编码。

第一示例：一个基础层和一个增强层

在该示例中，将MBMS流编码为一个基础层和一个增强层。假设MBMS组播组中包括J个用户设备。

如下设置基础层和增强层的速率：

R^BL(t)＝minR_j(t)，其中j＝1，2，...J

R^EL(t)＝maxR_j(t)，其中j＝1，2，...J

其中，R_j(t)表示第j个用户设备可支持的即时传输速率，这本质上反映了其即时接收条件。R^BL(t)和R^EL(t)分别表示基础层和增强层的速率。R_j(t)可由基站根据用户设备j反馈的信道状态指示符计算得到。

图2示出了E-MBMS流传输的一个示例场景。

以如图2所示的场景为例，假设位于基站附近的用户设备1和2的信道状态条件较好，可以接收速率较高的流，而位于小区边缘的用户设备3和4的信道状态条件较差，可以接收的流的速率低。即，R₁(t)＞R₂(t)＞R₃(t)＞R₄(t)。

因此，按照上述设置方法，可设置R^BL(t)＝R₄(t)且R^EL(t)＝R₁(t)。

R^EL(t)是发送端设置的增强层速率，也就是接收端可以接收到的最大速率，但是实际上接收端接收到不完整的增强层也是可以提高视频质量的。

因此，在这种设置下，用户设备1-4均可正确地接收到基础层的数据，以满足最低接收质量。而对于信道状态条件好的用户设备1，其可正确地接收到增强层的数据，实现极好的接收质量。而对于用户设备2-3，其也可接收到增强层的数据，实现比用户设备4更好的视频质量，但是它们无法接收到完整的增强层的数据，因此其视频质量比用户设备1稍差。

设置基础层和增强层的速率的方法可以根据情况而不同。例如在图2所示的场景下，可以设置R^BL(t)＝R₄(t)且R^EL(t)＝R₂(t)。这样，用户设备1-4均可正确地接收到基础层的数据，而且用户设备1-2都可以接收到完整的增强层的数据，因而可以获得较好的视频质量。用户设备3可接收到部分增强层的数据，可以实现比用户设备4稍好但是比用户设备1-2稍差的视频质量。

当然，也可以设置

R^BL(t)＝avgR_j(t)且

R^EL(t)＝maxR_j(t)。

即，将基础层的速率设置为MBMS组播组中用户设备的平均速率，以提高最低接收质量。这是以信道条件最差的用户设备的性能降低为代价的。

对于图2所示的场景，假设R₃(t)＝avgR_j(t)，并且设置R^BL(t)＝avgR_j(t)＝R₃(t)且R^EL(t)＝R₁(t)。这样，用户设备1-3可正确地接收到基础层的数据，用户设备1甚至可以接收到增强层的数据。此时，用户设备4无法正确地接收到基础层的数据，因此用户设备4所获得的视频质量无法满足最低接收质量。但是，用户设备2-3接收到设置为平均速率的基础层，其视频质量比设置为最低速率的基础层要好。

第二示例：一个基础层和两个增强层

在该示例中，将MBMS流编码为一个基础层和两个增强层。同样假设MBMS组播组中包括J个用户设备。

如下设置基础层和增强层的速率：

R^BL(t)＝minR_j(t)，其中j＝1，2，...J

R^EL-2(t)＝maxR_j(t)，其中j＝1，2，...J

其中，R_j(t)表示第j个用户设备可支持的即时传输速率，这本质上反映了其即时接收条件。R^BL(t)和R^EL-2(t)分别表示基础层和第二增强层(EL-2)的速率。

随后，根据整个组播组的用户设备的端到端(E2E)性能报告和反馈的信道状态指示符CSI，进一步确定第一增强层(即EL-1)在特定时间间隔处最适当的速率：

R^EL-1(t)＝R^EL-2(t)·μ(t)

其中，μ(t)是分层比，其可针对资源流的改变而动态地调整。对于特定时间间隔，根据即时性能反馈来定义分层比：

和

表示MBMS组播组的用户设备的即时端到端性能和信道状态。w^E2E和w^CSI表示在设置速率时考虑端到端性能和信道状态的权重。可以调整E2E和CSI的相对权重(w^E2E，w^CSI)，以允许不同性能度量的灵活且动态的改变。例如，可以设置w^CSI＝0，从而使得第一增强层的速率的设置主要是考虑到用户设备的端到端性能。

上述公式(1)仅仅是计算分层比的一个示例。当然，可以根据其它方式来设置分层比。在设置分层比时考虑端到端性能和信道状态，可以使得设置的增强层的速率满足用户设备的不同服务质量的需求。

同样，以如图2所示的场景为例进行说明，其中根据信道状态计算得到R₁(t)＞E₂(t)＞R₃(t)＞R₄(t)。

按照上述设置方法，可设置

R^BL(t)＝R₄(t)，

R^EL-2(t)＝R₁(t)。

此时，用户设备4可正确地接收到基础层的数据，达到最低接收质量。用户设备1可接收到所有增强层的数据，实现最好的接收质量。

用户设备2和3订阅了满足一定QoS(服务质量)的服务。但是，由于R₁(t)＞R₂(t)＞R₃(t)，用户设备2和3无法接收到所有增强层的数据。对此，可以设置R^EL-1(t)＝R^EL-2(t)·μ(t)＝R₃(t)＜R₂(t)，使得用户设备2和3可以接收到第一增强层的数据，以满足其订阅的服务质量。这里，用户设备2还可接收到部分第二增强层的数据，实现比用户设备3更好的视频质量。

当然，在预先配置了更多个增强层的情况下，可根据用户设备的端到端性能报告和/或信道状态指示符，确定用户设备的服务质量等级，并相应地根据服务质量等级来分别设置各个增强层的速率。例如，在存在三个增强层的情况下，可设置R^EL-1(t)＝R₃(t)，R^EL-2(t)＝R₂(t)且R^EL-3(t)＝R₁(t)，使得用户设备1-4可分别接收到基础层和增强层1-3、基础层和增强层1-2、基础层和增强层1以及仅有基础层，实现分级的服务质量等级。

利用根据本发明实施例的可分级编码流的传输方法，实现了视频质量和带宽/功率效率之间的折衷。

图3是示出了用于实现根据本发明实施例的可分级编码流的传输方法的系统的框图。

如图3所示，基站10包括信道状态接收单元101、速率确定单元103、编码单元104以及流传输单元105。

针对MBMS组播组中的用户设备，信道状态接收单元101从用户设备接收信道状态指示符，以指示用户设备当前的信道状态。

速率确定单元103将根据信道状态，来确定基础层和增强层的速率，并且编码单元104按照所确定速率对MBMS流进行编码，产生具有所确定速率的基础层和增强层。

优选地，基站10还包括端到端性能接收单元102，用于接收MBMS组播组中用户设备的端到端性能报告。在这种情况下，速率确定单元103在确定基础层和增强层的速率时还将考虑端到端性能报告，分别设置多个增强层的速率，以满足不同用户设备所订阅的服务的不同服务质量等级。

最后，基站10中的流传输单元105将所编码的MBMS流传输给MBMS组播组中的各用户设备。

实现根据本发明实施例的可分级编码流的传输方法的基站响应于来自用户设备的反馈，周期性地调整基础层和增强层的速率，可以处理快速变化的网络和信道变化。

需要注意的是，上述实施例使用视频作为呈现的示意性应用。当然，本发明并不局限于视频，音频应用和其它兼容应用也是适用的。而且，上述实施例以一个增强层和两个增强层为例进行说明。当然，本发明并不局限于这种情况。可以在基站处对增强层的数目进行预先配置。

尽管以上描述涉及多个单元，但是通过将一个单元划分为多个单元或将多个单元组合为一个单元，只要其仍能执行相应的功能，也可以实现本发明。

本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。

描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种可分级编码流的传输方法，包括步骤：

从组播组中的各用户设备接收信道状态指示符；

基于信道状态指示符来设置可分级编码流中基础层的速率和增强层的速率；

以所确定的速率分别对可分级编码流的基础层和增强层进行编码；以及

向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流，

其中所述可分级编码流包括多个增强层，所述方法还包括步骤：

从组播组中各用户设备接收端到端性能报告；以及

基于所述端到端性能报告和信道状态指示符以及端到端性能和信道状态的相对权重，来确定所述多个增强层的速率。

2.根据权利要求1所述的可分级编码流的传输方法，其中，将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最小速率。

3.根据权利要求1所述的可分级编码流的传输方法，其中，将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率的平均速率。

4.根据权利要求1所述的可分级编码流的传输方法，其中，将增强层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最大速率。

5.根据权利要求1所述的可分级编码流的传输方法，其中，所述端到端性能报告将所述组播组中的用户设备识别为多个服务质量等级；并且，基于所述端到端性能报告和信道状态指示符来确定所述多个增强层的速率的步骤包括：根据所述多个服务质量等级来设置各个增强层的速率。

6.根据权利要求1-5之一所述的可分级编码流的传输方法，其中，在向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流期间，重复进行所述接收、设置速率、和编码的步骤，并向组播组中各用户设备传输重新编码后的可分级编码流。

7.根据权利要求1-5之一所述的可分级编码流的传输方法，其中，所述可分级编码流是MBMS组播流，并且组播组是MBMS组播组。

8.根据权利要求1-5之一所述的可分级编码流的传输方法，其中，所述可分级编码流是基于可分级视频编码的可分级编码流。

9.一种基站，包括：

信道状态接收单元，用于从组播组中的各用户设备接收信道状态指示符；

速率确定单元，用于基于信道状态指示符来设置可分级编码流中基础层的速率和增强层的速率；

编码单元，用于以所确定的速率分别对可分级编码流的基础层和增强层进行编码；以及

流传输单元，用于向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流，

其中所述可分级编码流包括多个增强层，

所述基站还包括：端到端性能接收单元，用于从组播组中各用户设备接收端到端性能报告；

并且，所述速率确定单元还基于所述端到端性能报告和信道状态指示符以及端到端性能和信道状态的相对权重，来确定所述多个增强层的速率。

10.根据权利要求9所述的基站，其中，所述速率确定单元将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最小速率。

11.根据权利要求9所述的基站，其中，所述速率确定单元将基础层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率的平均速率。

12.根据权利要求9所述的基站，其中，所述速率确定单元将增强层的速率设置为根据信道状态指示符所计算的用户设备可支持速率中的最大速率。

13.根据权利要求9所述的基站，其中，所述端到端性能报告将所述组播组中的用户设备识别为多个服务质量等级；

并且，所述速率确定单元根据所述多个服务质量等级来设置各个增强层的速率。

14.根据权利要求9-13之一所述的基站，其中，在所述流传输单元向组播组中各用户设备传输编码后的可分级编码流期间，所述信道状态接收单元、所述速率确定单元和所述编码单元操作，并且所述流传输单元向组播组中各用户设备传输重新编码后的可分级编码流。

15.根据权利要求9-13之一所述的基站，其中，所述可分级编码流是MBMS组播流，并且组播组是MBMS组播组。

16.根据权利要求9-13之一所述的基站，其中，所述可分级编码流是基于可分级视频编码的可分级编码流。