CN102811370A - 用于流媒体的动态无线信道选择和协议控制 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于流媒体的动态无线信道选择和协议控制。利用传输延迟/丢包信息和信道利用率统计来针对流视频进行动态无线信道选择和协议控制。传输延迟和丢包监控器通过加盖时间戳和监控视频包及相关传输确认产生在第一无线信道上视频流传输至远程无线设备期间的传输延迟信息。将传输延迟信息与预定阈值(如最大容许延迟阈值和/或总丢包阈值)比较,如果超过阈值则选择第二无线信道用于视频流的继续传输。在一种模式中,还在信道重定位事件前检查信道利用率统计。可通过随机或半随机信道选择处理,或通过主动扫描来收集候选信道的全信道评估统计来实现第二无线信道选择。在另一种模式中,响应于违反一个或多个预定阈值更改至少一个传输协议参数。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2011年5月31日提交的美国临时专利申请61/491,838、2011年8月31日提交的美国实用专利申请13/223,250的优先权,其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及无线通信系统和视频数据的传输;更具体地,涉及基于传输延迟、丢包和信道利用率统计的各种组合的自适应无线信道选择和/或协议参数选择。
背景技术
已经提出了许多改善视频错误鲁棒性/隐藏的方法,这些方法可大致分为两组。第一组涉及网络层解决方案,该方案通过向视频解码器提供无差错A/V流,试图在分组层恢复错误/丢包。这种方案通常需要冗余代码和重传。第二组涉及视频层解决方案,尤其是后处理,其会接受损坏的视频流并试图减少经解码的视频帧中的间距和不匹配。
可以理解,这两组(网络层解决方案和视频层解决方案)都具有自身的长处和短处。特别是,重点保护的网络层对错误的抵御性和恢复非常好,但是通常伴有信道恒定吞吐量的减少和/或信道有效延迟的增加。对于视频层而言,首要考虑的事项之一就是整体的用户体验(例如,用户的感知体验)。即使在变化的网络条件下,视频也应表现得流畅自然。在变化的信道条件下,提供可接受的用户体验对实时(或近实时)视频流尤其具有挑战,原因在于丢包和信道延迟对于感知的视频质量会产生不利影响(例如,闭塞或模糊效果、视频冷凝或跳跃以及音频/视频同步问题)。
尤其是在实时视频编码和传输期间,大于帧间隔的数据包传输增量延迟可能具有与掉包或丢包相同的影响。视频解码器通常需要解码并在相对较短的时段内呈现各视频帧。因此,如果通过网络的数据包延迟太多,则不可能及时完成帧解码用于显示。如果经延迟或丢掉的帧还是其它帧的参考帧,则可能出现多个帧的解码错误。尤其是在噪声条件下的无线通信背景中,现有技术没有提供适当手段使得以稳健、可靠且感知上可接受的方式来实现媒体相关内容的通信。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供了一种在无线接入设备中在第一无线信道上传输视频流期间使用的方法,该方法包括:监控无线接入设备的传输队列,从而产生针对在第一无线信道上传输的视频流的数据包的传输延迟信息;将传输延迟信息与预定阈值进行比较;以及如果传输延迟信息超过所述预定阈值,则触发选择第二无线信道,用于视频流的进一步传输。
根据本发明的另一方面,提供了一种在无线接入设备中在第一无线信道上传输视频流期间使用的方法,其中,该方法包括:监控无线接入设备的传输队列,从而产生针对在第一无线信道上传输的视频流的数据包的传输延迟信息;将传输延迟信息与预定阈值进行比较;如果传输延迟信息超过预定阈值,则触发选择第二无线信道,用于视频流的进一步传输;以及更改第二无线信道的至少一个协议参数。
根据本发明的又一方面,提供了一种装置,包括:网络接口,用于支持在多条支持的无线信道中的无线信道上进行分组视频流的传输,网络接口包括传输队列;以及信道选择模块,可操作地通过以下各项来动态控制无线信道的选择:监控网络接口的传输队列从而针对在第一无线信道上传输的视频流的数据包产生传输延迟信息;将传输延迟信息与预定阈值进行比较;以及如果传输延迟信息超过预定阈值,触发选择第二无线信道,用于视频流的进一步传输。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的视频网络100的代表框图。
图2是示出了根据本发明实施方式的、通过无线接入设备的视频流编码和自适应通信的功能框图。
图3是示出了根据本发明实施方式的动态信道和/或协议选择的功能框图。
图4是示出了根据本发明实施方式的、基于传输延迟和信道利用率信息用于自适应无线信道和/或协议参数选择的方法的流程图。
图5和图6是示出了根据本发明实施方式的动态信道切换的流程图。
图7是示出了根据本发明实施方式的、用于动态无线信道切换的方法的流程图。
图8是示出了根据本发明实施方式的、用于动态无线信道选择的方法的流程图。
图9是示出了根据本发明实施方式的、用于动态无线信道选择的替换方法的流程图。
图10是示出了根据本发明实施方式的、用于计算数据包传输延迟信息的方法的流程图。
图11是示出了根据本发明的一个或多个实施方式、用于改变无线信道的传输参数的操作的流程图。
具体实施方式
为了改善用户体验,本发明提供一种在基于分组、有损通信介质/信道上优化视频传输的新颖方法。该新颖方法涉及对于传输延迟/丢包信息和信道利用率统计的使用,从而自适应地调整无线信道和/或传输协议选择,使得在(例如)传输具有相对恒定的比特率的媒体/视频流期间,实现改善的错误隐藏、错误恢复和带宽占用。
尽管基于分组的网络可以提供较高吞吐量,但在“嘈杂的”信道条件下,其通常不能保证较低的传输延迟、恒定的吞吐量以及较低水平的净数据损失(net data loss)。信道条件可能受到多种因素的影响,包括信号强度、模式噪声(例如,微波爆)、来自其它载波的干扰和特定节点上的网络拥塞。瞬态脉冲噪声也会对无线信道的可变带宽造成短期的不利影响。
本发明总体上适用于按照各种视频压缩标准、协议和/或推荐做法(例如,MPEG-4第二部分,H.264(AVC)、WMV,AVS,RealVideo以及Quicktime等)编码的视频流。尽管本文所提出的新颖方法在示例性实施方式中(例如,IP/udp)中通常采用基于无线分组的传输,但各个方面和原则以及其等价物还可以扩展至通过有损或可变的通信信道的任何网络传输(而与所采用的诸如有线、无线、光学等通信介质的特定类型无关)。
更具体地,参考附图,图1是根据本发明实施方式的视频网络100的代表框图。网络104将信息(诸如,来自视频源102的视频内容108)分发到无线接入设备106,用于通过一条或多条无线信道来无线传输至无线视频设备(诸如,视频设备110和移动视频设备112)。视频内容108可包括电影、电视节目、商业广告或其它广告、教育内容、视频游戏内容、商业信息片或其它节目内容以及与这种节目内容相关的可选附加数据(包括但不限于数字版权管理数据、控制数据、编程信息、额外的图形数据和可以与节目内容相关地被传送的其它数据)。视频内容108可包括具有相关音频内容或不具有相关音频内容的视频。可以将视频内容108作为广播视频、流视频、视频点播和准视频点播节目和/或其它格式进行发送。
网络104可以是专用的视频分发网络,诸如直播卫星网络或有线电视网络,其将来自多个视频源(包括视频源102)的视频内容108分发到多个无线接入设备,以及可选地,广阔地理区域中的有线设备。可替换地,网络104可以是异质网络,其包括诸如互联网、城域网、广域网、局域网或其它网络的通用网络以及可选地诸如互联网协议(IP)电视网络的其它网络的一段或多段。在给定网络的各个部分,按照各个认可协议,视频内容108可被承载为模拟和/或数字信号。
无线接入设备106可包括基站或接入点,其通过诸如802.11a、.11b、.11g、.11n、.11ac等的无线局域网(WLAN),蓝牙,WIMAX或其它WLAN网络,或诸如UMTS、EDGE、3G、4G的蜂窝网络或其它蜂窝数据网络,将视频内容108提供给一个或多个视频订户。此外,无线接入设备106可包括家庭网关、专用视频分发网络中的视频分发点或其它无线网关,用于将视频内容108单独地或连同其它数据、信号或服务一起传输到视频设备110和/或移动视频设备112。
移动视频设备112可包括能够实现视频的无线智能手机或能够显示视频内容的其它手持通信设备。视频设备110可包括移动或非移动的其它视频显示设备,包括耦接至无线接收器的电视机、经由无线数据卡具有无线连接性的计算机、无线调谐器、无线扬声器(例如,用于接收高质量音频的、可能具有严格延迟时间(latency)要求的环绕立体声扬声器)、WLAN调制解调器或其它无线链路,或者可单独地或与其它设备结合地能够接收来自无线接入设备106的视频内容108并对于用户显示和/或存储视频内容108的装置。
网络104、无线接入设备106、视频设备110和/或移动视频装置112包括结合以下图2至图11详细描述的本发明的一个或多个特征。
图2是示出了通过根据本发明实施方式的无线接入设备的视频流的编码和自适应通信的功能框图。示出了信道和/或协议参数控制模块200,可将其用作无线接入设备106的一部分,从而通过无线信道226将经编码的视频流202提供至视频设备110/移动视频设备112。一般说来,当考虑视频数据从一个位置或子系统被无线通信至其他位置或子系统的通信系统时,通常认为在无线信道226的发送端执行视频数据编码,并且通常认为在无线信道226的接收端执行视频数据解码。
在所示的实施方式中,由视频源102将视频内容提供给无线接入设备106,用于编码(或进一步编码或转码)和传输。可通过诸如上述的各种方式将视频内容102通信至无线接入设备106。在一个实施方式中,视频源102包括通过标准化互连/接口212耦接至无线接入设备106的游戏机或多功能控制台、有线电视或卫星电视机顶盒、媒体服务器等。标准化互连/接口212可包括,例如用于以下各项的接口:诸如HDMI线缆(在这种情况下,无线接入设备106可采取无线加密狗形式)的音频/视频线缆,以太网线缆,可以传输未压缩、标准或高清视频内容的高带宽无线链路(例如,WiGig或WirelessHD兼容链路),或这种技术的各种组合。
无线接入设备106包括视频编码器204,该视频编码器接收视频内容并对其进行编码,用于通过网络接口206在无线信道226上传输(以编码视频流202的形式)。下面结合图3更加完整地说明,信道和/或协议参数控制模块200与网络接口206通信,包括用于自适应地控制特定无线信道226和/或传输协议参数的选择的信号。信道和/或协议参数控制模块200还能从网络接口206接收信息。根据本发明,信道和/或协议参数控制模块200利用这些信息来监控变化条件下的传输队列深度/延迟时间。
来自编码器204的经编码的视频内容被提供至网络接口206,用于传输至视频设备110/移动视频设备112(以下统称或替代为视频设备110)。在所公开的实施方式中,网络接口206包括介质访问控制(MAC)208和物理层(PHY)210电路。MAC 208的主要目的是分配无线信道226的带宽并在多个视频设备110/112共享该信道时协调访问。在其它功能中,PHY210建立以及终止对于无线信道226的连接。在所公开的实施方式中,PHY210产生包含编码视频流202的调制射频(RF)信号并在无线信道226上传输该信号。应当注意,MAC 208和PHY 210可按照基于分组的多种通信协议进行操作,诸如IEEE 802.11兼容网络。
在所示视频设备110中,网络接口214(在无线信道202上)接收包含编码视频流202的RF信号。然后PHY 218(其与MAC 216协作)解调并下转化这些RF信号以提取编码视频流202。接下来,解码器220对来自所提取的视频流202的视频数据进行操作,从而产生解码视频流,用于在视频显示器222上进行显示。
可利用可选的互连/接口224(其包括例如上述结合互连/接口212所公开的各个实施方式)将编码视频内容提供给(例如)高清电视机或投影系统。在这些实施方式以及其它实施方式中,视频显示器222可以是视频设备110的一部分或是单独组件。此外,视频设备110可充当对于其它(移动)视频设备的中继。
所公开的实施方式的网络接口214还向无线接入设备106提供包括例如有关信道和接收特性的信息230、根据确认(ACK/NACK)协议的信令232、有关PHY 218运行的状态信息(例如,在纠错前的误码率)、以及解码器排队信息234的各种传输。根据本发明,可利用这些传输从而确定在多种运行条件下的传输延迟值和无线信道条件以及信道选择选项。可以将信道选择236和协议参数238控制信号从无线接入设备106提供至视频设备110,用于通知视频设备110新的或待定的信道选择和/或协议参数选择,并进一步同步无线通信。
下文中,术语“ACK”、“确认”和“BA”都意味着包括ACK或BA(块确认,block acknowledgement)和等同物。例如,尽管只有具体提到一个ACK或BA,这些实施方式同样可适用于任何ACK或BA以及等同物。根据本发明的视频流传输的益处之一可能是显著减少无线接入设备106接收到的NACK数量。但是,要注意的是,例如在ACK是无线信道226的接收端的成功纠错结果时,ACK可能不会提供信道条件的立即指示。
能够以硬件、软件或固件来实现信道和/或协议参数控制模块200(以及其它功能,诸如视频编码器204)。在特定实施方式中,可以使用一个或多个微处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或基于存储在存储模块中的操作指令来操纵信号(模拟和/或数字信号)的任何设备来实现视频编码器204以及信道和/或协议参数控制模块200。信道和/或协议参数控制模块200执行的功能、步骤和处理可在不同设备间进行划分以便提供更快的计算速度和/或效率。相关的存储模块可以是单个存储设备或多个存储设备。这种存储设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪速存储器、高速缓冲存储器和/或任何存储数字信息的设备。注意,当信道和/或协议参数控制模块200经由状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现其一个或多个功能时,存储相应操作指令的存储模块可嵌入或外置于包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路。
此外,在各无线接入设备106和视频设备110/移动视频设备112中,可针对其中的各种部件、块、功能块、电路等实现任何期望的集成或组合,并且在未背离本发明的范围和精神的情况下,可替换地执行其它划界和分组。例如,网络接口206中的所有部件可包含在第一处理模块或集成电路中,并且网络接口214中的所有部件可包含在第二处理模块或集成电路中。同样地,尽管被示为与视频源102分离,但视频编码器204和信道和/或协议参数控制模块200可纳入视频源102或网络100的其它网元中,信道和/或协议参数控制模块200的各种功能可在视频编码器204中实现。
图3是示出了根据本发明实施方式的动态信道和/或协议选择的功能框图。在所公开的实施方式中,信道和/或协议参数控制模块200进行操作,至少部分地基于传输延迟/丢包信息和信道利用率统计从而自适应地选择无线信道和/或协议参数。在变化的信道条件下,例如在传输具有相对恒定比特率的媒体和视频流期间,本发明的操作会产生改善的带宽利用率。
在所示实施方式中,信道和/或协议参数选择300(示为信道和/或协议参数控制模块200中的一个功能)利用传输延迟和丢包信息310以及信道利用率统计312从而产生信道和/或协议参数控制命令308,用于提供给网络接口206的PHY 210和MAC 208。传输延迟和丢包信息310由传输延迟和丢包监控器302产生,并且该信息至少部分地基于来自MAC传输数据队列306(或类似)的数据,其中该数据队列与MAC 208相关。至少部分地基于来自PHY 210的信息,由信道利用率估计304产生信道利用率统计312。下面结合图4、图7和图10详细描述传输延迟和丢包监控器302以及信道估计304的示例性操作。
在操作中,信道和/或协议参数选择300可以在一定的传输和现有信道条件下触发新的无线信道的选择。例如,在劣化或嘈杂信道上的视频流传输可能被重定位到提供改善带宽和接收特征的新信道。
在操作的另一示例性模式中,信道和/或协议参数选择300可以基于不利的传输延迟/丢包信息和信道利用率(包括噪声和干扰)来选择性地触发对于一个或多个协议参数的调整,例如用于设备间通信的数据包长度、数据率、前向纠错、错误检测、编码方案、调制谱密度、竞争周期和退避参数。按照这种方式,可基于网络条件或估计条件使协议参数适应,不仅包括特定设备的采用特征,还包括多种设备的接收特征(包括各设备如何适当地从其它设备接收传输)。
在挑战性信道条件和吞吐量降低的条件下,例如,信道和/或协议参数选择300可指示PHY 210利用较低的数据传输率和较多的前向纠错编码来保护一定的视频数据。在另一例子中,网络接口206包括多入多出(MIMO)收发器,无线信道226包括多个MIMO信道,PHY 210可被指示以调整传输参数(包括调整用于传输编码视频流202的多个MIMO信道的选定子集)。按照这种方式,PHY 210可以指定额外的收发器信道以增加正确接收(用于解码的)编码视频流202的概率。
本文中所使用的术语“信道”通常是指在可能许可或未许可的(典型地)固定频带中的固定或可配置带宽的无线通信信道。典型的无线通信协议和标准在一个或多个固定频带内提供几个连续的无线通信信道。此处描述的信道切换可包括但不限于:根据如上所述的通信协议和标准等的无线通信。通过举例的方式,根据本发明的在802.11-兼容网络中的动态信道切换可在2.4GHz和/或5GHz频带(具有20MHz、22MHz、40MHz等的信道带宽)中利用信道化(channelization)。如根据IEEE任务组AC(TGacVHTL6),可替换性地采用如那些具有80MHz、120MHz和/或160MHz带宽的各个其它信道。要注意的是,在未背离本发明的范围和精神的情况下,在其它实施方式中可采用具有不同带宽的其它类型的信道。因此,在某些实施方式中,信道切换可包括将无线电载波频率从一个频率定义信道(frequency-defined channel)切换到另一个信道(例如,将以5240MHz为中心的20MHz信道移至以5260MHz为中心的20MHz)。
本文通常使用的术语“信道吞吐量”是指通过无线信道226的平均有用比特率(包括链路层协议开销)。对于实时流(诸如视频),相关吞吐量值可能受到延迟时间制约(有效地等时吞吐量)并具有小于总吞吐量的典型值。尽管吞吐量通常是以比特每秒(bps)或兆位每秒(Mbps)进行测量,但也可以使用数据包每秒或数据包每时间间隔。许多因素会影响信道吞吐量和/或被信道利用率估计304利用以产生信道利用率统计312。这些因素包括PHY特征和协议参数,诸如工作频率/带、选定的调制和编码方案(MCS)、MAC协议数据单元(MPDU)的大小和数据包聚合的使用、传输协议所支持的PHY速率、信道带宽(例如,20/40MHz)、保护间隔(GI)、相关传输确认策略(例如,正常ACK/NACK、B-ACK(块确认)或聚合确认,No-ACK)、编码流中数据(例如,MPDU)的平均大小、信道负载、传输流数量等。可以利用这些因素,从而(例如)自适应改变用于触发信道重定位的阈值。
还可在块300的选择功能中利用信道和接收特征,包括(例如)原始误码率、误包率、电源模式信息、信号噪声干扰比、数据包重传速率、例如来自多变量共模滤波器(multi-variable common filter)的增益估计、以及各个接收参数或描述RF信道有效支持编码视频流202至视频设备110的传输的能力的其它度量。根据本发明的各个实施方式,信道和/或协议参数选择300在信道重定位的过程中会利用一个或多个上述信道特征的指示。
图4是示出了根据本发明实施方式的、用于基于传输延迟和信道利用率信息来自适应地进行无线信道和/或协议参数选择的方法的流程图。可在传输具有相对恒定的编码比特率的视频流(步骤400)期间利用所公开的方法。例如,视频流可由诸如IPTV、家庭游戏环境(包括渲染视频)等的流媒体应用而产生,并且可按照诸如实时传输协议(RTP)/实时流协议(RTSP)和类似公开或专有的传输和控制协议的各个协议来通信该视频流。在这种视频流的传输过程中,针对该流的数据包的MAC传输队列深度和延迟时间值通常会响应于恶化的信道容量而增加,并通常滞后且与信道容量具有异相。尽管所示方法对于单个视频流进行操作,但该方法同样适用于将多个视频流传输到一个或多个接收装置。在这些实施方式中,可按照每个流和/或按照每个设备来追踪传输延迟和信道利用率信息。
参见后面的步骤402,监控MAC传输数据队列,用于针对视频流的一部分产生数据包传输延迟和丢包信息。在该实施方式中,可在固定或可变持续时间的周期性基础上或滚动基础上(例如,在最后T ms)确定这些信息。图10中示出了步骤402的示例性实施方式。接下来,在步骤404中,将传输延迟和/或丢包信息与预定阈值进行比较。预定阈值可反应出(例如)最大瞬时延迟时间值,超过该最大值则该视频数据流在当前信道条件下已经或可能会被不可接受地损坏。同样地,预定阈值可包括足够裕度,使得违反阈值不会必然反映受损的数据流,而是表明为了减小未来数据传输损伤的可能性而进行信道重定位可能是明智的。
如果在步骤404中确定传输延迟和/或丢包信息超过预定阈值,该方法继续步骤406,进而通过分析编译数据来执行当前信道的额外表征,这些编译数据涉及区别于所需传输的、不相关的/非基本服务集(BSS)流量。所需传输包括无线接入设备106的传输以及来自视频设备110/移动视频设备112的接收。可通过信道利用率估计304或类似功能(仅通过举例方式,使用兼容802.11网络的冲突/载波感应机制中的全信道(clear channel)评估功能)产生当前信道的表征。
除了当前信道上的不相关流量,步骤406的分析可进一步涉及主题信道(subject channel)中与任何其它非期望能量相关的数据。信道中的非期望能量可源于其它WLAN、非WLAN无线设备(诸如无绳电话)的传输以及一般的“噪声”能量,诸如源自微波炉的噪声。另外,实现动态信道切换的主机平台/无线接入设备外壳中可能存在的本地寄生信号可能会泄漏到相关无线频带中。在本发明的某些实施方式中,经历相对较高的这种能量水平的无线信道(以及可能的附近信道),在重定位之前或尝试重定位至这些信道之后,可能会在选择过程中被选择性地取消这种信道的资格。结合图7,下面提供了步骤406的分析的示例性实施方式的进一步详情,涉及使用可编程直方图/计数器和累积信道利用率数据。
如果在步骤408中确定无关流量和/或其它能量的信道利用率通过超过一个或多个预定阈值,则在步骤410中触发新的无线信道和/或协议参数的选择。选择新的信道可能包括(例如)在指定频带内信道的改变、信道绑定或更宽(例如40MHz)信道的使用、或者更高或更低工作频带(例如,2.4GHz-2.8GHz或5GHz-5.8GHz)的选择。如果在步骤404或408中没有超过预定阈值,则该方法返回步骤402从而继续监控当前信道。特别地提及步骤404,如果传输延迟和/或丢包信息低于预定阈值,则当前信道被推测为是可接受的,进而不必进行本文所描述的其它度量的检查。可替换地,仍可以分析这些度量以证实信道吞吐量是足够的。
在不背离本发明的范围和精神的情况下,可采用多种方法和算法来实现步骤404和408的作为触发新的无线信道和/或协议参数值的选择。选择处理可能会受到或可能不会受到表明优选信道/参数可用的信息的支配。例如,总体上或部分地基于从视频设备110的网络接口214接收到的接收特征和信道和/或信道估计技术来选择新信道或协议参数值。根据支配无线信道226的通信标准,根据本发明,当出现变化时,定期测量或询问/扫描信道质量也可用于选择最佳通道(例如,图9中“选择信道重定位”方法)。可替换地,无线接入设备106可以在随机或半随机的基础上简单地选择新信道(在本文中通常是指“渐进式信道重定位”并包括图8中所示的实施方式)。
图5和图6示出了根据本发明实施方式的、分别由主机设备和客户端设备进行动态信道切换的流程图。参见图5,步骤500中由主机设备(例如,无线接入设备106)发起以下信道切换,该方法前进至步骤502,并使用选择性或渐进式信道重定位选择新的信道。
接下来,在步骤504中,信道切换声明被发送至各客户端设备(例如,视频设备110)。信道切换声明可以采用多种形式,诸如包括相关信道切换声明信息的动作帧(action frame,响应帧)。在示例性IEEE802.11-兼容实施方式中,动作帧可包括子类型“Action(动作)”的单播管理帧。可替换地,可采用独立的非单播动作帧。正如所理解的,该实施方式中使用40MHz信道,可能需要指定控制信道信息的额外动作帧。相关信道切换声明信息可能包括新选择信道的标识和指示客户端设备何时应切换到所识别信道的计数器值(其中,零值表示立即切换到所选的信道)。计数器值可被设置为一段持续时间,其允许主机设备对丢失的、包括NACK的确认(ACK)进行适当处理。
在步骤506中,主机设备等待接收来自所有相关客户端设备的、对于信道切换声明的ACK。在接收了所需的ACK之后,在步骤508中,主机设备切换到选定信道。如果一个或多个客户端设备未能在给定时间内确认收到信道切换声明,则主机设备重新发送该声明达到指定尝试次数。
在接收到来自相关客户端设备的ACK之后,根据本发明的一个实施方式,实现动态信道切换的无线软件/固件可提供各种“状态”代码,由主机设备利用这些代码使得在信道切换事件期间对视频流传输的中断可能性和影响降到最低。这些状态代码可识别当前工作信道(在信道切换前)、在信道切换之后的工作信道和/或对于重定位进行了未成功尝试所针对的信道。主机设备以各种方式利用状态代码。例如,接收到当前工作信道可能表明需要进行信道切换,从而指示视频应用层(或类似功能)暂停进一步传输直至出现进一步通知。
同样地,在成功重定位之后接收到工作信道的标识时,主机设备恢复视频流202的传输。根据视频流202的性质,主机设备可通过首先发送帧内编码帧(“I-帧”)或相似类型的帧(为了成功解码其需要较少或不需要来自先前帧的信息)来恢复传输。
如果一个或多个客户端设备最终未能对步骤504的信道切换声明进行确认,或关于新信道(可由状态代码表示)出现故障,启用更高水平的恢复机制。例如,如果产生视频流202的应用层识别出或由无线接入设备106通知通信不再可靠(例如,在检测到高丢包率之后),应用层可启动恢复程序,其中,无线接入设备106被指示按照最初建立网络100的无线连接所使用的方式来重新建立无线通信。该动作可使视频设备110断开,进入扫描模式并再次与无线接入设备106关联。可替换地,应用层可通知视频设备110的用户,该设备应与无线接入设备106更靠近。
图6是示出了根据本发明实施方式的由客户端设备进行动态信道切换的流程图。该方法在步骤600中开始之后,在步骤602中客户端设备等待接收信道切换声明。在没有这种声明的情况下,客户端设备不会试图切换信道(步骤604)。在接收到并成功解码信道切换声明之后,如步骤606中所示,客户端设备通过将确认(例如MAC、ACK)发送到主机设备来响应主机设备。
接下来,在步骤608中,客户端设备在切换(步骤610)到信道切换声明中指定的信道前,进入“静止”期长达预定时间量(例如,信道切换声明中所规定的)。如上所述,可选择静止期的持续时期,使得主机设备具有足够的时间处理来自客户端设备(其接收视频流202)的遗漏的确认(ACK)。此外,该静止期通常与采用诸如图8(步骤806)中所示的渐进式信道重定位法的主机设备的静止期相对应并重合。可替换地,在图9的选择性信道重定位法的某些实施方式中,客户端设备可被指示进行立即信道切换。
接收到信道切换声明后,客户端设备可指示其视频解码器继续显示最后成功接收的帧,直至完成信道重定位处理。另外,可利用该信道切换声明以在相关压缩标准或协议下激活各种纠错技术可用。
图7是示出了根据本发明实施方式的用于动态无线信道切换的方法的流程图。所示实施方式对于上述结合图4描述的方法提供了更进一步实现方式详情,并利用多个统计来确定何时启动动态信道切换。
更具体地,在预定和/或可编程定时器周期(Tms)期间,如步骤700所示,在视频流202传输期间计算多个值。这些统计可包括;(1)最大数据包传输延迟,(2)所有传输中的丢包总数,(3)主题信道中非期望能量和非相关传输的累计信道利用率(基于百分比),以及(4)表明来自无联系或其它BSS流量的各个传输长度的开播计数器值(airtime countervalue)。如前所述,为了产生这些统计,无线接入设备106无需进行信道外背景扫描(以及潜在中断或延迟视频流传输)。
对于统计(4),可通过使用具有固定或可编程极限的一个或多个“仓(bin)”的直方图产生相关值。在这些仓中的计数器值可被用于确定来自共享该信道的其它网络设备或无线电的“突发”传输的近似长度和数量。通过举例的方式,具有四个仓的直方图可如下构造;
[0]需要0+至300us范围内开播的其它BSS流量的计数;
[1]需要300+至1000us范围内开播的其它BSS流量的计数;
[2]需要1000+至1500us范围内开播的其它BSS流量的计数;
[3]需要1500+us范围内开播的其它BSS流量的计数;
可基于直方图中指示或暗示信号可能不适合继续使用的那些事件(计数)来决定进行信道切换。根据网络100的性质,例如,无线接入设备106可能只采用最大仓中的计数(即,持续超过1.5ms的仓计数事件,其可能指示来自其它设备/应用的冗长突发传输)。在另一实施方式中,除了指定数量的适度长度的数据包外,在直方图中检测到非常长的数据包达指定数量时,可触发信道切换。相应地,直方图实现各种(可编程)选项,从而做出通知信道切换决定。
一般情况下,图7中的预定阈值被设定为以下值:超过该值,则在当前信道条件下,该视频数据流已经或很可能会被不可接受地损坏。同样地,预定阈值可包括足够裕度,使得违反该阈值不会必然反映受损的数据流,而是表明为了减小未来数据传输难度(包括视频流传输中断)的可能性,信道重定位可能是明智的。如前所述,还可利用PHY特征、协议参数、信道和接收特征和其它与无线信道相关的度量,从而自适应地更改用于触发信道重定位的阈值。
更具体地参见步骤702,在相关定时器周期期间,将(例如,通过结合图10中描述的方法计算的)最大数据包延迟与预定阈值进行比较。如果未超过该阈值,该方法继续步骤704并且将相关定时器周期期间的总丢包与预定阈值进行比较。如果丢包未超过该阈值,刷新现有统计(步骤712)并在下一个定时器周期结束时重复该方法。
在所公开的实施方式中,如果超过了步骤702或步骤704的预定阈值,该方法继续步骤706,并将相关定时器周期期间在该信道中检测到的其它能量和/或其它BSS传输的累计信道利用率(其可能被计算为可用信道的百分数)与预定阈值进行比较。如果未超过该阈值,在步骤708中,将相关定时器周期期间涉及其它BSS传输的开播计数器值与另一预定阈值进行比较。如果超过了步骤706或步骤708中的预定阈值,在步骤710中触发信道切换尝试(和/或更改协议参数)。
为了将应用率振荡(application-rate-oscillation)的可能性降至最低,可执行所公开的方法,使得仅周期性地允许信道选择和/或协议参数的变化,以便将短期信道恶化或阻塞引起的不必要的信道变化或协议修正最小化。此外,可按照访问类别和/或按照流量ID或等同物来保持有关数据包传输延迟的统计。
图8是示出了根据本发明实施方式的“渐进式”信道重定位方法的流程图。在步骤800中开始该方法,接着接收来自所有相关客户端设备的信道切换声明ACK。接下来,在步骤802中,主机设备随机或半随机地选择新的工作信道。之前尝试的信道和/或已经被确定为(很可能是)非期望信道(例如,紧邻某个非期望信道的信道)的信道在该选择过程中可能失去资格或被掩盖。这些信道的无资格不必在所有情况下都是永久的,尤其是当网络条件高度变化时。
然后在步骤804中将包括主机设备和客户端设备的BSS重定位到所选择的信道。接下来,在步骤806中,主机设备进入静止期,从而监控并访问其它设备/BSS的所选信道的信道利用率。在该静止期期间,主机设备并不发送应用相关的数据。该静止期的持续时间可以是固定的或可编程的。
在该静止期后,在步骤808中,将该静止期中所监控的信道利用率值与预定阈值进行比较。如果监控值未超过该阈值,则在所选择的信道上恢复视频流传输(步骤810)。而且,主机设备可通过首先发送I-帧或相似类型的帧(对于成功解码其需要较少或不需要来自先前帧的信息)来恢复视频流的传输。
如果超过步骤808中的阈值,则针对如上所述的选定的不同信道来重复上述方法。应当理解,步骤806和808执行的信道评估因此用于保护视频流202的连续传输以及来自其它共享相关信道的传输。
参见图9,图9是示出了根据本发明实施方式的“选择性”信道重定位方法的流程图。在步骤900中启动选择性信道重定位后,该方法继续步骤902,主动扫描所支持的无线信道从而收集全信道评估统计并确定每个信道中所存在的可能争夺信道分配的无线设备数量。被扫描的无线信道可包括所有支持信道或排除了例如之前丧失资格的信道和/或可能为非最佳信道的那些信道的子集。可替换地,并且为了减少扫描处理的持续时间,可扫描频带或支持信道的子集,在合适信道未处于优先子集(prior subset)的情况下,发生进一步扫描。
在步骤902中收集的全信道评估统计可包括,例如,在扫描间隔期间由非相关信号能量消耗的信道带宽的百分比的指示。这些统计可进一步包括但不限于,可能对于可分配给无线接入设备106的视频流的信道带宽进行先占或竞争的信道使用事件的持续时间的指示。
接下来,在步骤904中,分析步骤902中产生的信息,从而对于视频流202的持续传输选择新信道。在一个实施方式中,首先分析最佳可用的支持信道(由步骤902中产生的一个或多个统计所确定的)。例如,可能最先分析具有非相关信号能量消耗的最低信道带宽百分比的信道。然后,如果确定该信道的信道使用事件低于预定持续时间阈值和/或在另一阈值之下支持许多无关联的无线设备,则选择该信道,然后在步骤906中将该网络重定位至所选择的信道。否则,如果超过相关阈值,则选择按照非相关信号能量使用的信道带宽百分比所确定的下一个最佳可用信道,用于进行类似分析。在步骤906中重定位信道成功之后,在所选信道上恢复视频流传输(步骤908)。而且,主机设备可通过首先发送I-帧或类似类型的帧来恢复视频流的传输。
在另一个实施方式中,首先通过对于冗长持续时间信道使用事件数量相对较多的信道取消资格,筛选候选信道。然后,基于信道带宽的可用百分比和/或利用该信道的无关联无线设备的数量,选择信道。在选择处理的过程中,根据(例如)非关联信号能量消耗的信道带宽百分比(在可用的带宽百分比较低时,更容易取消具有相对较长持续时间事件的信道的资格),时间统计的加权可能是变量。本领域的技术人员应当理解其他变形。
图10是示出了根据本发明实施方式的、用于计算数据包传输延迟和丢包信息的方法的流程图。所示方法可被用于,例如,在步骤402的示例性实施方式中(周期性地监控数据包传输延迟和丢包统计)。简而言之,将数据包提交给传输队列,用于由MAC/PHY进行传输。保持该排队事件的初始时间戳。一段时间后,在初始数据包传输故障情况下其可包括多个“重试”,数据包或是成功地被客户端设备确认或在一定的预定尝试次数或重试超时(累积“数据包寿命”)后过期/丢弃。在确认或数据包过期事件后,MAC/PHY将“状态消息”通信至主机设备中的更高通信层,并产生完成时间戳。然后可计算该完成时间戳与初始时间戳的差并用作数据包延迟(delay)/延迟时间(latency)的测量值。
更具体地,参考所示实施方式,在步骤1000中,利用产生各个数据包所处的时间、或各个数据包用于通过无线信道进行传输而被提交所处的时间的指示(“时间戳”)来标记编码视频流中的单个或聚集的视频数据包。例如,为了追踪帧提交时间,在报头的传输描述符部分可用额外的字段来标记MAC协议数据单元(MPDU)等。帧提交时间被用于计算帧提交和传输完成/确认(包括,例如,帧间间隔、任何重新传输时间,B/ACK持续时间和保护持续时间)之间的延迟。
然后,在步骤1002中,在无线信道上传输视频数据包(其包括标记的视频数据包),用于由视频装置接收。接下来,该方法继续步骤1004,通过比较帧提交时间和相关传输确认和/或数据包过期指示来计算针对标记的视频数据包的传输延迟和丢包信息。随后,在如本文所述的信道和/或协议参数选择处理中利用所计算的传输延迟(步骤1006)。周期性地(例如,每Tms),在步骤1008中刷新传输延迟和丢包信息。
在某些可替换实施方式中,可类似地分析编码器缓冲区或输出先入先出(FIFO)中数据包的保持时间,并将其用于估计或补充数据包延迟时间值。该方法可避免对于传输确认的需要,并且是有用的,例如,在ACK协议的使用是不理想的或难以实现的某些组播环境下。
图11是根据本发明的一个或多个实施方式的、用于改变无线信道传输参数的操作的流程图。一个或多个以下所述的协议参数可被设置或更改,作为(例如)图4中步骤410的结果;信道分配参数1102、时隙分配参数1104、发射功率分配参数1106、波束成形参数1108、MIMO参数1110、信道编码/块编码参数1112和/或频带分配参数1114。
除了动态信道和协议参数选择外,可以预期,由本发明的各个实施方式产生的统计也可用于额外或可替换目的。以示例的方式,信道利用率信道可用于管理或修改其他无线服务质量(QoS)参数、CDMA或其他编码开销的使用、解码器配置的调度变化、自适应更改显示模式配置等。
应注意,本文描述的各个模块和/或电路(例如,编码模块和/或电路、解码模块和/或电路、编码器的速率适配模块和/或电路等)可以是单一处理设备或多个处理设备。这种处理设备可以是微处理器、微控制器、数据信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑设备、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或基于操作指令来操纵信号(模拟和/或数字)的任何设备。操作指令可存储在存储器中。该存储器可以是单个存储器或多个存储器。这种存储器可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪速存储器和/或任何存储数字信息的装置。还应注意,当处理模块经由状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现其一个或多个功能时,存储相应操作指令的存储模块可嵌入包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路中。在这种实施方式中,存储器存储对应于本文中所示和/或描述的至少一些步骤和/或功能的操作指令,并且耦接至存储器的处理模块执行该指令。
还要注意的是,多个附图或如本文所描述的多个模块、电路、功能块、部件、设备等之间的任何连接或耦接均能在不同实施方式中以不同方式实现。例如,在一个实施方式中,这种连接或耦接可以是其间的直接连接或直接耦接。在另一实施方式中,这种连接或耦接可为其间的间接连接或间接耦接(例如,在其间具有一个或多个干预部件)。当然,某些其他实施方式可具有这些连接或耦接的组合,因而这些连接或耦接有些是直接的有些是间接的。在不背离本发明的范围和精神的情况下,可采用不同的实现方式用于实现模块、电路、功能块、组件、设备等之间的通信耦接。
还借助于示出了特定功能的性能及其关系的方法步骤,上文描述了本发明的各个方面。为了方便描述,本文中任意定义了这些功能构建块和方法步骤的界限和顺序。只要能适当地执行指定的功能和关系,也可以定义替代界限和顺序。因此,任何这种替代界限或顺序在本发明要求保护的范围和精神之内。
借助于示出了某些显著功能的性能的功能性构建块,上面已对本发明的各个方面进行了描述。为了方便描述,任意定义了这些功能性构建块的界限。只要能适当地执行某些重要功能,也可以定义替代界限。同样地,本文中还任意定义了流程框图以说明某些重要功能。在某种使用程度上,流程框图的界限和顺序可定义为不同并仍然执行某些显著功能。因此,这些功能性构建块和流程框图的替代顺序定义均在本发明要求保护的范围和精神之内。
本领域普通技术人员还将认识到可以如所示地来实现或由分立组件、特定用途集成电路、执行适当软件等的处理器或其任何组合来实现本文的功能性构建块和其他说明性块、模块和部件。
此外,虽然为了清楚和理解的目的而通过上述实施方式来详细地进行了描述,但本发明的各个方面并不限于这些实施方式。对于本领域技术人员显而易见的是,在仅由所述权利要求的范围限制的本发明的精神和范围之内可进行各种变化和修改。
Claims (20)
1.一种在无线接入设备中在第一无线信道上传输视频流期间使用的方法,所述方法包括:
监控所述无线接入设备的传输队列,从而产生针对在所述第一无线信道上传输的所述视频流的数据包的传输延迟信息;
将所述传输延迟信息与预定阈值进行比较;以及
如果所述传输延迟信息超过所述预定阈值,则触发选择第二无线信道,用于所述视频流的进一步传输。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述监控传输队列的步骤包括:
利用视频数据包用于由所述无线接入设备传输而被提交的时间的指示来标记该相应的视频数据包;
接收针对所述视频数据包的相关的传输确认和数据包过期信息中的至少一个;
通过将所述相应的视频数据包用于传输而被提交的时间的所述指示与相关的所述传输确认信息和/或数据包过期信息进行比较,计算针对所述视频数据包的传输延迟;以及
基于计算出的所述传输延迟产生传输延迟信息。
3.根据权利要求2所述的方法,进一步包括:
产生与所述传输确认和/或数据包过期信息相关的完成时间戳,其中,所述针对视频数据包计算传输延迟的步骤包括将视频数据包用于传输而被提交的时间的所述指示与所述时间戳进行比较。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,定期发生所述选择第二无线信道的步骤,并且其中,建立阈值使得超过所述阈值的传输延迟信息表明所述视频流的传输存在潜在困难。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,预定的所述阈值是最大容许延迟阈值和总丢包阈值中的至少一个。
6.根据权利要求4所述的方法,其中,响应于以下各项中的至少一个所述阈值是可调整的:PHY特征、传输协议参数、通讯协议参数、以及有关所述无线信道的信道和接收特征。
7.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
分析所述第一无线信道从而产生信道利用率统计;以及
将所述信道利用率统计与第二预定阈值进行比较,其中,所述触发选择第二无线信道的步骤进一步根据所述信道利用率统计超过所述第二预定阈值的判定。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述信道利用率统计表明来自所述第一无线信道中的其它能量和其它设备的传输中的至少一个的信道利用率。
9.根据权利要求7所述的方法,其中,所述信道利用率统计包括计数器值,所述计数器值表明检测到的、来自共享所述第一无线信道的其它设备的传输的持续时间。
10.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:
识别第二无线信道;
传输信道切换声明,所述声明包括所述第二信道的标识;
接收所述信道切换声明的确认;以及
利用所述第二无线信道继续所述视频流的传输。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,再继续所述视频流的传输包括指示所述视频流的首先传输的帧为帧内编码帧。
12.根据权利要求10所述的方法,其中,所述无线接入设备对于多个支持的无线信道可操作,其中,识别第二无线信道包括:
从支持的无线信道的组中选择随机的无线信道;
监控所述随机的无线信道从而产生相关的信道利用率统计;以及
将所述相关的信道利用率统计与预定阈值进行比较,并且其中,如果所述相关的信道利用率统计低于所述预定阈值,则在所述随机的无线信道上继续所述视频流的传输。
13.根据权利要求10所述的方法,其中,所述无线接入设备对于多个支持的无线信道可操作,其中,识别第二无线信道包括:
扫描所述多个支持的无线信道中的各信道从而针对各所述信道收集全信道评估统计;以及
比较地分析所述全信道评估统计以便从所述多个支持的无线信道中选择第二无线信道。
14.一种在无线接入设备中在第一无线信道上传输视频流期间使用的方法,其中,所述方法包括:
监控所述无线接入设备的传输队列,从而产生针对在所述第一无线信道上传输的所述视频流的数据包的传输延迟信息;
将所述传输延迟信息与预定阈值进行比较;
如果所述传输延迟信息超过所述预定阈值,则触发选择第二无线信道,用于所述视频流的进一步传输;以及
更改所述第二无线信道的至少一个协议参数。
15.根据权利要求14所述的方法,至少一个协议参数包括以下各项中的至少两个:时隙分配参数、传输功率分配参数、波束成形参数、MIMO参数、信道编码/块编码参数、频带分配参数、数据包长度参数、数据率参数、前向纠错参数、错误检测参数、竞争周期参数、以及退避参数。
16.一种装置,包括:
网络接口,用于支持在多条支持的无线信道中的无线信道上进行分组视频流的传输,所述网络接口包括传输队列;以及
信道选择模块,可操作地通过以下各项来动态控制所述无线信道的选择:
监控所述网络接口的所述传输队列从而针对在第一无线信道上传输的所述视频流的数据包产生传输延迟信息;
将所述传输延迟信息与预定阈值进行比较;以及
如果所述传输延迟信息超过所述预定阈值,触发选择第二无线信道,用于所述视频流的进一步传输。
17.根据权利要求16所述的装置,其中,监控所述传输队列包括:
利用视频数据包用于由所述无线接口传输而被提交的时间的指示来标记该相应的视频数据包;
接收针对所述视频数据包的相关的传输确认和数据包过期信息中的至少一个;
通过将所述相应的视频数据包用于传输而被提交的时间的所述指示与相关的所述传输确认信息和/或数据包过期信息进行比较,计算针对所述视频数据包的传输延迟;以及
基于计算出的所述传输延迟产生传输延迟信息。
18.根据权利要求17所述的装置,其中,所述信道选择模块进一步通过以下各项可操作地动态控制所述无线信道的选择:
分析所述第一无线信道从而产生信道利用率统计;以及
将所述信道利用率统计与第二预定阈值进行比较,其中,所述触发选择第二无线信道进一步根据所述信道利用率统计超过所述第二预定阈值的判定。
19.根据权利要求18所述的装置,其中,所述信道利用率统计表明来自所述第一无线信道中的其它能量和其它设备的传输的信道利用率。
20.根据权利要求18所述的装置,所述信道选择模块进一步可操作地:
识别第二无线信道;
传输信道切换声明,所述声明包括所述第二信道的标识;
接收所述信道切换声明的确认;以及
利用所述第二无线信道继续所述视频流的传输。
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