CN103368938B - 通过带宽受限网络的通信 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过带宽受限网络的通信，提供了一种装置和系统，用于在至少一个本地客户端装置和至少一个远程客户端装置之间代理一个或多个媒体信号。例如，该装置可以包括第一网络接口、媒体调度器及第二网络接口。第一网络接口可以被配置为通过具有非对称通信协议（例如，有线电缆数据服务接口规格及数字用户线路）的第一通信网络从本地客户端装置接收一个或多个媒体信号中的单个媒体信号。媒体调度器可以被配置为将单个媒体信号复制成多个复制媒体信号。进一步地，第二网络接口可以被配置为通过第二通信网络将多个复制媒体信号传输至多个远程客户端装置。

Description

通过带宽受限网络的通信
技术领域
本发明的实施方式总体涉及通过带宽受限网络的通信的领域。
背景技术
全频段捕获（FBC）数字调谐技术是一种下行RF技术，其将整个下行模拟信号转换为数字信号，从而让客户端装置同时访问整个下行数字信号。因此，客户端装置可以充分利用非对称带宽要求，例如音乐下载、视频点播、互联网协议（IP）电视等应用。FBC数字调谐技术可以在不同通信网络中实现，所述通信网络包括具有非对称通信协议（例如，下行通信带宽不同于上行通信带宽），诸如有线电缆数据服务接口规格（DOCSIS）及数字用户线路（DSL）的通信网络。
单就其本身来说，FBC无法完全消除当前和未来存在于DOCSIS系统中的上行带宽的瓶颈。因此，针对具有下行和上行对称带宽要求的实时应用（例如，视频会议及VoIP）来说，在没有其他方法解决FBC环境下的上行瓶颈问题的情况下，无法充分利用FBC技术的带宽相关的好处。
进一步地，针对具有通过通信网络与多个远程客户端装置通信的多个本地客户端装置的应用，FBC数字调谐技术可以提供足够带宽来支持下行方向上的高密度通信（例如，从多个远程客户端装置至多个本地客户端装置的通信）。然而，上行方向上的通信（例如，从多个本地客户端装置至多个远程客户端装置的通信）可能会成为高密度通信方面的一个瓶颈。这可能导致本地客户端装置和远程客户端装置之间的质量较差的通信信号（例如，声音质量及视频质量等）。
因此，需要使通信应用适应于带宽受限网络。
发明内容
本发明的实施方式包括一种用于在至少一个本地客户端装置和至少一个远程客户端装置之间代理媒体信号的装置。该装置可以包括第一网络接口、媒体调度器、第二网络接口、媒体中继器及认证计费模块。第一网络接口可以被配置为通过具有非对称通信协议的第一通信网络从本地客户端装置接收单个媒体信号并通过第二通信网络从多个远程客户端装置传输多个第一媒体信号。媒体调度器可以被配置为将单个媒体信号复制成多个复制媒体信号。第二网络接口可以被配置为通过第二通信网络将多个复制媒体信号传输至多个远程客户端装置并通过第二通信网络从多个远程客户端装置接收多个第二媒体信号。媒体中继器可以被配置为将多个第一媒体信号从第二网络接口中继至第一网络接口。进一步地，认证计费模块可以被配置为控制本地客户端装置和多个远程客户端装置之间的会话及点对点通信会话的计费服务。
优选地，媒体中继器被配置为基于与本地客户端装置相关联的信道和处理能力来中继多个第一媒体信号。
优选地，非对称通信协议包括有线电缆数据服务接口规格或数字用户线路通信协议。
优选地，媒体调度器被配置为在具有非对称通信协议的第一通信网络的上行信道中接收单个媒体信号。
本发明的实施方式还包括一种用于在至少一个本地客户端装置和至少一个远程客户端装置之间代理媒体信号的系统。该系统可以包括电缆调制解调器、电缆调制解调器终端系统（CMTS）、媒体代理服务器及本地媒体控制单元（MCU）。CMTS可以被配置为通过具有非对称通信协议的第一通信网络将多个媒体信号传输至电缆调制解调器并通过第一通信网络从本地客户端装置接收单个媒体信号。媒体代理服务器被配置为：通过第二通信网络从CMTS接收单个媒体信号；通过第二通信网络将多个复制媒体信号传输至多个远程客户端装置；通过第二通信网络从多个远程客户端装置接收多个第二媒体信号；以及通过第二通信网络将多个第二媒体信号传输至CMTS。在一个实施方式中，媒体代理服务器可以在云计算环境下实现。进一步地，本地MCU被配置为通过局域网将单个媒体信号从本地客户端装置传输至电缆调制解调器。
优选地，非对称通信协议包括有线电缆数据服务接口规格或数字用户线路通信协议。
优选地，媒体代理服务器被配置为在具有非对称通信协议的第一通信网络的上行信道中接收单个媒体信号并基于与本地客户端装置相关联的信道和处理能力通过第二通信网络将多个第二媒体信号传输至CMTS。
本发明的实施方式还包括一种用于在多个本地客户端装置和多个远程客户端装置之间代理一个或多个媒体信号的装置。该装置可以包括第一网络接口、速率控制器和媒体代码转换器、第二网络接口及服务提供模块。第一网络接口被配置为通过第一通信网络接收多个媒体信号，其中多个媒体信号被编码成至少一种编解码格式。速率控制器和媒体代码转换器被配置为基于与一个或多个本地客户端装置相关联的信道和处理能力以及关于第一通信网络的至少一条带宽使用信息的一条或多条控制消息、至少一种编解码格式、或其组合，将多个媒体信号中的一个或多个代码转换为不同编解码格式。第二网络接口被配置为通过第二通信网络将代码转换的多个媒体信号中的一个或多个传输至相应的多个远程客户端装置。进一步地，服务模块设备被配置为向一个或多个本地客户端装置提供一个或多个服务水平。
优选地，不同编解码格式包括由多个远程客户端装置中的至少一个支持的编解码格式。
优选地，不同编解码格式在第一通信网络的上行方向上的比特率比与至少一种编解码格式相关联的比特率高。
优选地，一条或多条控制消息包括第一通信网络的上行和下行信道的带宽使用信息。
优选地，速率控制器和媒体代码转换器是自适应媒体速率控制器的一部分，其中，自适应媒体速率控制器被配置为通过第二通信网络将代码转换的多个媒体信号中的一个或多个传输至相应的多个远程客户端装置并且包括在通信系统中，通信系统包括：电缆调制解调器；以及电缆调制解调器终端系统（CMTS），被配置为通过第一通信网络将多个媒体信号传输至电缆调制解调器或从电缆调制解调器传输多个媒体信号。
优选地，通信系统进一步包括：本地媒体控制单元，被配置为通过局域网将编码成至少一种编解码格式的多个媒体信号从一个或多个本地客户端装置中的至少一个传输至电缆调制解调器。
优选地，自适应媒体速率控制器被配置为以由多个远程客户端装置中的至少一个支持的编解码格式传输来自代码转换的多个媒体信号中的一个或多个的至少一个媒体信号。
优选地，自适应媒体速率控制器被配置为：以不同编解码格式传输来自代码转换的多个媒体信号中的一个或多个的至少一个媒体信号，不同编解码格式在第一通信网络的上行方向上的比特率比与至少一种编解码格式相关联的比特率高；以及以不同编解码格式传输来自代码转换的多个媒体信号中的一个或多个的至少一个媒体信号，不同编解码格式在第一通信网络的下行方向上的比特率比与至少一种编解码格式相关联的比特率低。
优选地，自适应媒体速率控制器被配置为接收包括第一通信网络的上行和下行信道的带宽使用信息的一条或多条控制消息。
优选地，自适应媒体速率控制器被配置为：基于与一个或多个本地客户端装置相关联的信道和处理能力以及关于第一通信网络的上行带宽使用信息的一条或多条控制消息、或第一通信的下行带宽使用，代码转换多个媒体信号中的一个或多个。
本发明的实施方式进一步包括一种用于在多个本地客户端装置和多个远程客户端装置之间代理一个或多个媒体信号的系统。该系统可以包括电缆调制解调器、电缆调制解调器终端系统（CMTS）、自适应媒体速率控制器及本地媒体控制单元（MCU）。CMTS被配置为通过第一通信网络将多个媒体信号传输至电缆调制解调器或从电缆调制解调器传输多个媒体信号，其中多个媒体信号被编码成至少一种编解码格式。自适应媒体速率控制器被配置为基于与一个或多个本地客户端装置相关联的信道和处理能力以及关于第一通信网络的至少一条带宽使用信息的一条或多条控制消息、至少一种编解码格式、或其组合，将多个媒体信号中的一个或多个代码转换为不同编解码格式。在一个实施方式中，自适应媒体速率控制器可以在云计算环境下实现。进一步地，本地MCU被配置为通过局域网将编码成至少一种编解码格式的多个媒体信号从本地客户端装置传输至电缆调制解调器。
下面将参照附图对本发明的其他特点和优点，以及本发明的各个实施方式的结构和操作进行描述。要注意的是，本发明不限于本文所描述的具体实施方式。这些实施方式仅用于说明目的。基于本文所包含的教导，其他实施方式对相关领域的技术人员来说是显而易见的。
附图说明
附图并入说明书并构成说明书的一部分，其示出了本发明的实施方式，并且与描述一起用于解释本发明的原理并使相关领域的技术人员能够实现并使用本发明。
图1是实现电缆调制解调器终端系统和电缆调制解调器之间的有线电缆数据服务接口规格通信协议的传统通信网络的图示。
图2是一个本地客户端装置通过有线电缆数据服务接口规格通信网络与多个远程客户端装置通信的传统通信网络的图示。
图3是传统的本地媒体控制单元的图示。
图4是适应因具有非对称通信协议的通信网络导致的上行带宽限制的通信系统的实施方式的图示。
图5是本地媒体控制单元的实施方式的图示。
图6是媒体代理服务器的实施方式的图示。
图7是多个本地客户端装置通过有线电缆数据服务接口规格通信网络与多个远程客户端装置通信的传统通信网络的图示。
图8是适应通信系统中的带宽限制的通信系统的实施方式的图示。
图9是自适应媒体速率控制器的实施方式的图示。
图10是可以用于实现本发明的一个或多个实施方式的一个或多个方面的示例计算机系统的图示。
现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述。在附图中，一般情况下，类似的参考标号表示相同或功能相似的要素。另外，一般情况下，参考标号最左边的数字表示参考标号首次出现的附图。
具体实施方式
以下详细描述是指示出了符合本发明的示例性实施方式的附图。其他实施方式是可能的，且在本发明的精神和范围内可以对实施方式进行修改。因此，详细描述并不旨在限制本发明。进一步地，通过所附权利要求对本发明的范围进行限定。
对相关领域的技术人员来说显而易见的是，如下所述，本发明可以在软件、硬件、固件和/或图中示出的实体的多个不同实施方式中实现。通过硬件的专门控制用于实现本发明实施方式的任何实际的软件代码不旨在限制本发明。因此，描述了本发明实施方式的操作行为，并且应了解在本文提出的详细程度下，实施方式的修改和变更是可能的。
此外，出于说明目的阐述具体细节以提供对本发明实施方式的全面理解。然而，对相关领域技术人员来说显而易见的是在没有这些具体细节的情况下也可以实现本发明的实施方式。在其他情况下，没有详细示出公知的电路、结构和方法，而是以框图示出，以免不必要地模糊对本发明的描述。
在描述中对“一个实施方式”或“实施方式”的参考指的是结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。出现在说明书各处的短语“在一个实施方式中”不一定全部指代同一实施方式。
本发明的实施方式提供了用于通过带宽受限网络通信的装置和系统。通信应用，例如但不限于，视频会议和IP语音，可以用于在至少一个本地客户端装置和至少一个远程客户端装置之间提供通信。进一步地，至少一个本地客户端装置和至少一个远程客户端装置可能会通过具有非对称通信协议（例如但不限于，DOCSIS和DSL）的网络上进行通信。如本领域技术人员应理解的，DOCSIS和DSL是在上行和下行方向上具有非对称带宽的通信协议（例如，下行通信带宽不同于上行通信带宽）。
出于示例性目的，下面将在DOCSIS通信网络环境下对本发明的实施方式进行描述。进一步地，下面将在两个实例的环境下对本发明的实施方式进行描述：1:N多媒体呼叫，其中一个本地客户端装置与N个远程客户端装置通信（N是2以上的整数）；M:N多媒体呼叫，其中M个本地客户端装置与N个远程客户端装置通信（M和N都是2以上的整数）。出于示例性目的，多媒体呼叫可以具有音频和视频内容，本文统称为“媒体内容”或“媒体信号”。基于本文的描述，本领域技术人员将认识到，本发明的实施方式可适用于其他类型的通信网络以及其他类型的通信应用。
I、DOCSIS通信网络
图1是实现电缆调制解调器终端系统（CMTS）130和电缆调制解调器150之间的DOCSIS通信协议的传统通信网络100的图示。通信网络100包括远程客户端装置1101-110N、广域网（WAN）120、CMTS130、混合光纤同轴电缆（HFC）网络140、电缆调制解调器150、本地接入网（LAN）160及本地客户端装置1701-170M。远程客户端装置1101-110N及本地客户端装置1701-170M是在通信网络100中彼此通信的电子设备。远程客户端装置1101-110N及本地客户端装置1701-170M可以是，例如但不限于，台式计算机、手机、笔记本电脑、个人数字助理、视频电话或其组合。
正如本领域技术人员所理解的，WAN120是覆盖面积较广的电信网。WAN120可以是将IP数据包传输至CMTS130的分组交换网（例如，因特网）。CMTS130根据DOCSIS通信协议经由HFC网络140与电缆调制解调器150进行通信。正如本领域技术人员所理解的，DOCSIS通信协议具有上行和下行方向上的非对称带宽（例如，下行通信带宽不同于上行通信带宽）。例如，下行带宽通常大于上行带宽。CMTS130对数据上行和下行传输至电缆调制解调器150或从电缆调制解调器150上行和下行传输进行管理。例如，CMTS130可以监测DOCSIS通信网络的上行和下行方向的可用带宽。电缆调制解调器150可以经由LAN160为本地客户端装置1701-170M提供宽带接入，这是本领域技术人员所知的。
HFC网络140（例如，DOCSIS通信网络）的总频带可以被划分为上行子带和下行子带，其中DOCSIS网络的上行子带明显比DOCSIS网络的下行子带窄。例如，上行子带可以是5MHz-65MHz，而下行子带可以是111MHz-862MHz。上行和下行子带还可以被划分为多个频道，其中上行频道通常比下行频道窄得多。
下行和上行通信带宽之间的上述非对称性是DOCSIS通信协议的一个特征。本发明的实施方式，正如以下第二部分和第三部分中讨论的，提供了用于通过带宽受限网络通信的装置和系统。可以使用本发明的实施方式，例如但不限于，以使对称带宽应用（例如，视频会议及IP语音）适应于具有非对称通信协议和/或带宽分配的通信网络（例如，图1的DOCSIS通信网络100）。
II、1:N多媒体呼叫
在该实例中，在一个本地客户端装置通过DOCSIS通信网络与多个远程客户端装置通信的环境下对本发明的实施方式进行描述。图2是传统通信网络200的图示，该通信网络具有远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、电缆调制解调器150、LAN160、本地客户端装置1701、本地媒体控制单元（MCU）210及接口220。上文针对图1描述了远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、电缆调制解调器150、LAN160及本地客户端装置1701。接口220在电缆调制解调器150与本地MCU210之间建立通信连接，其中接口220可以是，例如但不限于，以太网连接，或者如果电缆调制解调器150和本地MCU210集成在同一设备中，则可以是内部通信接口。分别作为DOCSISDS240及DOCSISUS230对HFC网络（例如，图1的HFC网络140）下行和上行通信进行描述。
本地MCU210通过接口220用作本地客户端装置1701和电缆调制解调器150之间的媒体网关。图3是传统的本地MCU210的图示。本地MCU210包括第一网络接口310、媒体解码器320、媒体混合器330、第二网络接口340、媒体编码器350及媒体调度器360。
第二网络接口340用作本地客户端装置1701的接口，其中第二网络接口340可以将媒体信号传输至本地客户端装置1701或从本地客户端装置1701传输。媒体编码器350将来自本地客户端装置1701的媒体信号的内容编码成数据压缩格式。媒体编码器350可以包括视频编解码器，例如但不限于，MPEG-4、H.264或On2视频编解码器。媒体调度器360复制来自媒体编码器350的编码媒体信号，使得远程客户端装置1101-110N中的每一个从媒体编码器350接收媒体信号的副本。即，对于N个远程客户端装置来说，媒体调度器360为第一网络接口310提供编码媒体信号的N个副本。
第一网络接口310用作电缆调制解调器150（图2的）的接口。在上行方向上（例如，从本地客户端装置1701至远程客户端装置1101-110N的媒体通信），第一网络接口310将编码媒体信号的副本传输至电缆调制解调器150。在下行方向上（例如，从远程客户端装置1101-110N至本地客户端装置1701的媒体通信），第一网络接口310将编码媒体信号从远程客户端装置1101-110N中的每一个传输至媒体解码器320。来自远程客户端装置1101-110N的媒体信号通常利用编解码器（例如，MPEG-4、H.264或On2视频编解码器）进行编码。
媒体解码器320解码从远程客户端装置1101-110N接收的媒体信号并将解码媒体信号传输至媒体混合器330。媒体混合器330组合从远程客户端装置1101-110N传输的解码媒体内容，使得本地客户端装置1701的用户可以同时听到并看到远程客户端装置1101-110N的相应用户。媒体混合器330通过第二网络接口340将组合媒体信号从远程客户端装置1101-110N提供给本地客户端装置1701。
在传统的点对点方法中，如上文针对图2和图3所讨论的，本地MCU210分别通过图2的DOCSISDS240及DOCSISUS230接收N个单独的下行媒体信号并传输N个单独的上行媒体信号。对于特定通信会话的下行和上行方向来说，媒体信号通常需要相同数量的带宽。对于在CMTS130和电缆调制解调器150之间的非对称通信协议（例如，DOCSIS通信协议）内运行的下行技术（例如，FBC数字调谐）来说，可以同时支持大量下行媒体信号。然而，相同数量的上行媒体信号由于上行带宽限制的缘故而无法由非对称通信协议来支持。这些上行带宽限制是宽带接入系统（诸如但不限于DOCSIS通信系统）所固有的。
本发明的实施方式提供了一种适应具有非对称通信协议的通信系统的上行带宽限制的通信系统。图4是适应因非对称通信协议导致的上行带宽限制的通信系统400的实施方式的图示。通信系统400包括远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、DOCSISUS230、DOCSISDS240、电缆调制解调器150、接口220、LAN160、本地客户端装置1701、本地MCU410及媒体代理服务器420。上文针对图1描述了远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、电缆调制解调器150、LAN160及本地客户端装置1701。上文针对图2描述了接口220、DOCSISUS230及DOCSISDS240。
图5是本地MCU410的实施方式的图示，该本地MCU410通过接口220用作本地客户端装置1701和电缆调制解调器150之间的网关。本地MCU410包括第一网络接口310、媒体解码器320、媒体混合器330、第二网络接口340、媒体编码器350及认证和媒体安全模块510。上文针对图3描述了第一网络接口310、媒体解码器320、媒体混合器330、第二网络接口340及媒体编码器350。在实施方式中，认证和媒体安全模块510认证至媒体代理服务器420的本地MCU410以建立通信链路并支持这两个设备之间的功能。根据本发明的实施方式，认证和媒体安全模块510也处理本地MCU410的密钥交换和媒体加密/解密功能。
本地MCU410下行媒体信号的处理与图2的本地MCU210的下行处理相似。即，本地MCU410从远程客户端装置1101-110N接收N个单独的下行媒体信号，解码每个媒体信号，混合解码媒体信号，并通过第二网络接口340将混合的媒体信号提供给本地客户端装置1701。
然而，本地MCU410上行媒体信号的处理与本地MCU210的上行处理相似。在实施方式中，将来自图5的媒体编码器350的编码媒体信号提供给图5的第一网络接口310。这里，与图2的本地MCU210的上行处理不同，编码媒体信号不会被复制N次。相反，通过接口220将来自第一网络接口310的单个编码媒体信号提供给电缆调制解调器150（例如，在图5中用从本地网络接口310中输出的单个箭头表示，在图4中，用从本地MCU410输出至电缆调制解调器150的单个箭头表示）。参照图4，通过DOCSISUS230将单个编码媒体信号从电缆调制解调器150传输至CMTS130（例如，在图4中用从电缆调制解调器150至CMTS130的单个箭头表示）。
媒体代理服务器420从CMTS130接收单个编码媒体信号并将编码媒体信号复制N次，其中将复制媒体信号传输至远程客户端装置1101-110N中的每一个。在实施方式中，媒体代理服务器420可以在云计算环境下实现。例如，媒体代理服务器420可以在提供计算、软件应用程序、数据存取、数据管理及存储资源的共享计算环境下实现，而不要求云用户了解计算基础设施的位置和其他细节。云计算环境对本领域技术人员来说是已知的。
图6是媒体代理服务器420的实施方式的图示。媒体代理服务器420包括第一网络接口610、媒体中继器620、第二网络接口630、媒体调度器640及认证计费模块650。第一网络接口610用作媒体代理服务器420和远程客户端装置1101-110N之间的接口，其中第一网络接口610将媒体信号传输至远程客户端装置1101-110N并从远程客户端装置1101-110N传输媒体信号。
媒体中继器620将媒体信号从远程客户端装置1101-110N引导至本地客户端装置1701并保持设备之间的媒体连接。媒体中继器620可以基于与本地客户端装置1701相关联的信道和处理能力将媒体信号从远程客户端装置1101-110N引导至（或中继至）本地客户端装置1701。在下行方向上，媒体中继器620可以基于该评估对一个或多个下行信道的带宽进行评估，并将来自远程客户端装置1101-110N的媒体信号代码转换为适合一个或多个下行信道的带宽能力的格式。例如，如果来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号为过分消耗一个或多个下行信道带宽的高清（HD）数据格式，那么媒体中继器620可以将HD信号代码转换为分辨率较低的数据格式，以适应相应下行信道的带宽能力。
媒体中继器620还可以评估与本地客户端装置1701相关联的处理能力并将来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号代码转换为与本地客户端装置1701兼容的格式。例如，如果来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号包含音频内容和视频内容，而本地客户端装置1701只能支持音频内容，则媒体中继器620可以对来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号进行滤波处理，使得只将相应媒体信号的音频内容传输至本地客户端装置1701。因此，不仅将兼容媒体信号传输至本地客户端装置1701，而且在下行方向上消耗较少的信道带宽。在另一个实例中，在下行方向上，媒体中继器620可以将来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号代码转换为与本地客户端装置1701兼容的数据格式。
第二网络接口630用作图4的媒体代理服务器420和CMTS130之间的接口。在实施方式中，认证计费模块650认证至本地MCU410的媒体代理服务器420以在两个设备之间建立通信连接和支持功能。根据本发明的实施方式，认证计费模块650还处理由媒体代理服务器420处理的会话和点对点会话的计费服务。认证计费模块650可以收集本地客户端装置1701和远程客户端装置1101-110N之间的多媒体呼叫的计费统计信息。
在实施方式中，媒体调度器640将单个编码媒体信号（从CMTS130接收的）复制N次，其中通过第一网络接口610将复制媒体信号传输至远程客户端装置1101-110N中的每一个。与图3的媒体调度器360相反，图6的媒体调度器640不位于本地MCU中。相反，媒体调度器640位于媒体代理服务器420中，其是DOCSIS通信网络（例如，DOCSISUS230及DOCSISDS240）的上游并通过WAN120与CMTS130进行通信。即，媒体调度器640位于通信系统400的WAN部分中。让媒体调度器640位于DOCSIS通信网络上游的好处是在通信系统400（例如，DOCSISUS230）的带宽受限部分中不会发生媒体调度器640的复制功能。即，为了适应图4的电缆调制解调器150和CMTS150之间的DOCSIS通信连接的上行带宽限制，通过DOCSISUS230传输单个编码媒体信号（来自本地客户端装置1701），而不会使编码媒体信号复制N次。因此，本地客户端装置1701和远程客户端装置1101-110N之间的多媒体呼叫不受宽带接入系统（诸如但不限于DOCSIS通信系统）中的上行带宽限制的约束（例如，牺牲媒体信号的声音质量和视频质量）。
III、M:N多媒体呼叫
在该实例中，在多个本地客户端装置通过DOCSIS通信网络与多个远程客户端装置通信的环境下对本发明的实施方式进行描述。图7是传统通信网络700的图示，该通信网络包括远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、电缆调制解调器150、LAN160、本地客户端装置1701-170M、DOCSISUS230、DOCSISDS240、接口220及本地MCU210。上文针对图1描述了远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、电缆调制解调器150、LAN160及本地客户端装置1701-170M。上文针对图2描述了本地MCU210、接口220、DOCSISUS230及DOCSISDS240。
在通信系统700中，本地MCU210从远程客户端装置1101-110N接收N个单独的下行媒体信号并从本地客户端装置1701-170M传输M个单独的上行媒体信号。对于特定通信会话的下行和上行方向来说，媒体信号通常需要相同数量的带宽。对于在CMTS130和电缆调制解调器150之间的非对称通信协议（例如，DOCSIS通信协议）内运行的下行技术（例如，FBC数字调谐）来说，可以同时支持大量下行媒体信号。然而，相同数量的上行媒体信号由于上行带宽限制的缘故而无法利用非对称通信协议进行支持。这些上行带宽限制是宽带接入系统（诸如但不限于DOCSIS通信系统）所固有的。
本发明的实施方式提供了一种适应具有非对称通信协议的通信系统的上行带宽限制的通信系统。然而，基于本文的描述，本领域技术人员将认识到，本发明的实施方式不限于具有上行带宽限制的通信系统。本发明的实施方式还可以适用于具有下行带宽限制的通信系统。
图8是适应通信系统中的带宽限制的通信系统800的实施方式的图示。通信系统800包括远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、电缆调制解调器150、LAN160、本地客户端装置1701-170M、DOCSISUS230、DOCSISDS240、接口220、本地MCU410及自适应媒体速率控制器810。上文针对图1描述了远程客户端装置1101-110N、WAN120、CMTS130、电缆调制解调器150、LAN160及本地客户端装置1701-170M。上文针对图2描述了DOCSISUS230、DOCSISDS240、接口220及MCU210。
自适应媒体速率控制器810用作CMTS130和远程客户端装置1101-110N之间的接口。在实施方式中，自适应媒体速率控制器810可以在云计算环境下实现。例如，自适应媒体速率控制器810可以在提供计算、软件应用程序、数据存取、数据管理及存储资源的共享计算环境下实现，而不要求云用户了解计算基础设施的位置和其他细节。云计算环境对本领域技术人员来说是已知的。
在实施方式中，自适应媒体速率控制器810通过WAN120将媒体信号传输至远程客户端装置1101-110N或从远程客户端装置1101-110N传输媒体信号。根据本发明的实施方式，自适应媒体速率控制器810与CMTS130通信以分别获得DOCSISDS240及DOCSISUS230的下行信道和上行信道的带宽使用信息。通过一条或多条控制消息820将下行信道和上行信道的带宽使用信息从CMTS130通信给自适应媒体速率控制器810。根据DOCSIS协议，也将下行信道和上行信道的带宽使用信息从CMTS130通信给电缆调制解调器150，正如本领域技术人员所了解的那样。
图9是自适应媒体速率控制器810的实施方式的图示。自适应媒体速率控制器810包括WAN网络接口910、速率控制器和媒体代码转换器920、CMTS接口930及服务提供模块940。WAN网络接口910用作远程客户端装置1101-110N的接口，其中WAN网络接口910可以通过WAN120将媒体信号传输至远程客户端装置1101-110N或从远程客户端装置1101-110N传输媒体信号。根据本发明的实施方式，CMTS接口930用作CMTS130的接口，其中CMTS接口930可以将编码媒体信号和一条或多条控制消息820传输至速率控制器和媒体代码转换器920。
根据本发明的实施方式，基于来自CMTS130的带宽使用信息（通过一条或多条控制消息820）和/或与本地客户端装置1701-170M相关联的信道和处理能力，速率控制器和媒体代码转换器920适应与来自远程客户端装置1101-110N和本地客户端装置1701-170M的媒体信号相关联的一个或多个数据速率。在下行方向上，速率控制器和媒体代码转换器920可以对一个或多个下行信道的带宽进行评估，并且基于该评估将来自远程客户端装置1101-110N的媒体信号代码转换为适合一个或多个下行信道的带宽能力的格式。例如，如果来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号为过分消耗一个或多个下行信道带宽的高清（HD）数据格式，那么速率控制器和媒体代码转换器920可以将HD信号代码转换为分辨率较低的数据格式，以适应相应的下行信道的带宽能力。
速率控制器和媒体代码转换器920还可以评估与本地客户端装置1701-170M相关联的处理能力并将来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号代码转换为与一个或多个本地客户端装置1701-170M兼容的格式。例如，如果来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号包含音频内容和视频内容，而一个或多个本地客户端装置1701-170M只能支持音频内容，则速率控制器和媒体代码转换器920可以对来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号进行滤波处理，以只将相应媒体信号的音频内容传输至一个或多个本地客户端装置1701-170M。因此，不但将兼容媒体信号传输至一个或多个本地客户端装置1701-170M，而且在下行方向上消耗较少的信道带宽。在另一个实例中，在下行方向上，速率控制器和媒体代码转换器920可以将来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号代码转换为与一个或多个本地客户端装置1701-170M兼容的数据格式。
在下行方向上（例如，从远程客户端装置1101-110N至本地客户端装置1701-170M的媒体通信），速率控制器和媒体代码转换器920通过在不同压缩效率的编解码格式之间代码转换媒体信号来改变与远程客户端装置1101-110N的媒体信号相关联的数据速率。正如本领域技术人员所理解的一样，不同编解码格式（例如，MPEG-4、H.264或On2视频编解码器）可以具有不同比特率，其中特定编解码格式的比特率可以基于信号质量（例如，视频质量）和压缩效率。例如，高信号质量和低压缩效率的编解码格式的比特率可以比低信号质量和高压缩效率的编解码格式的比特率高。较高比特率的编解码格式要求的带宽比较低比特率的编解码格式的带宽大，正如本领域技术人员所了解的那样。
根据本发明的实施方式，如果带宽在下行方向上受到约束，速率控制器和媒体代码转换器920可以将来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号代码转换为受限介质更能接受的较低比特率的编解码格式。同样，在实施方式中，速率控制器和媒体代码转换器920可以将来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号代码转换为不同编解码格式。进一步地，根据本发明的实施方式，速率控制器和媒体代码转换器920可以通过动态方式代码转换来自远程客户端装置1101-110N的媒体信号。例如，如果增加下行方向上的带宽，CMTS130可以通过一条或多条控制消息820将该信息通信至图8的自适应媒体速率控制器810。在收到该消息时，图9的速率控制器和媒体代码转换器920可以将来自远程客户端装置1101-110N的一个或多个媒体信号通过动态方式代码转换为比特率较高的编解码格式。代码转换技术和方法对本领域技术人员来说是已知的。
在上行方向上（例如，从本地客户端装置1701-170M至远程客户端装置1101-110N的媒体通信），图9的速率控制器和媒体代码转换器920的功能通过与下行方向上相似的方式进行操作。即，根据本发明的实施方式，基于来自CMTS130的带宽使用信息（通过一条或多条控制消息820），速率控制器和媒体代码转换器920适应与来自本地客户端装置1701-170M的媒体信号相关联的数据速率。如果带宽在上行方向上受限（例如，具有因非对称通信协议导致的上行带宽的通信系统），则图8的本地MCU210可以将来自本地客户端装置1701-170M的媒体信号编码为低比特率的编解码格式。在从电缆调制解调器150收到编码媒体信号之后，CMTS150可以将编码媒体信号传输至自适应媒体速率控制器810。反过来，根据本发明的实施方式，图9的速率控制器和媒体代码转换器920可以将媒体信号代码转换为具有适合远程客户端装置1101-110N的比特率的一种或多种编解码格式并通过WAN网络接口910将代码转换的媒体信号传输至远程客户端装置1101-110N。
总之，图9的速率控制器和媒体代码转换器920可以执行以下功能：
-对于本地客户端装置1701-170M和远程客户端装置1101-110N之间的现有多媒体通信，当CMTS130表示特定通信方向上存在带宽约束时，可以针对特定通信方向（例如，上行方向和下行方向）降低媒体信号的比特率。
-对于本地客户端装置1701-170M和远程客户端装置1101-110N之间的现有多媒体通信，当CMTS130表示在特定通信方向上存在带宽可用性的增加时，可以针对特定通信方向（例如，上行方向和下行方向）升高媒体信号的比特率。
-对于本地客户端装置1701-170M和远程客户端装置1101-110N之间的新多媒体通信，可以基于来自CMTS130的实时带宽使用信息针对一个或多个媒体信号选择合适的比特率。
-对于本地客户端装置1701-170M和远程客户端装置1101-110N之间的新多媒体通信，如果本地和远程客户端装置不支持通用编解码格式，则与一个或多个远程客户端装置1101-110N的编解码格式不同的编解码格式可以应用于一个或多个本地客户端装置1701-170M。
在上述实例中，带宽使用信息和编解码格式信息可以经由一条或多条控制消息820传递至图9的速率控制器和媒体代码转换器920。基于本文的描述，本领域技术人员将认识到，除了上文列出的功能之外，速率控制器和媒体代码转换器920还可执行其他功能。其他功能也在本发明的要旨和范围内。
参照图9，服务提供模块940为图8的通信网络800的一个或多个用户（例如，远程客户端装置1101-110N和本地客户端装置1701-170M的用户）提供一个或多个服务水平。在通信网络的不同负载条件下分配上行和下行带宽在本文中被称为“服务水平”。在实施方式中，服务提供模块940控制不同CMTS负载条件下的不同用户的上行和下行带宽分配。例如，服务提供模块940可以基于用户的计划，通过介于CMTS130和CM150（例如，DOCSIS通信网络）之间的通信网络的服务提供商，为特定用户分配或多或少的上行和下行带宽。即，第一用户的服务计划的服务水平可以比第二用户的服务计划的服务水平高，其中第一用户可以具有通过CMTS130和电缆调制解调器150之间的DOCSIS通信网络分配给媒体信号的多个上行和下行带宽。
总之，图8的通信系统800可以适应通信网络中的带宽限制。带宽限制可以出现在通信网络的上行方向，也可以出现在通信网络的下行方向上。
IV、示例计算机系统的实现
对相关领域的技术人员来说显而易见的是，本发明的各个元件及特征，如本文所述，可以利用模拟和/或数字电路在硬件中实现，通过利用一个或多个通用或专用处理器执行指令在软件中实现，或以硬件和软件的组合形式实现。
为了完整起见，对通用计算机系统进行以下描述。本发明的实施方式可以在硬件中实现，或以软件和硬件的组合形式实现。因此，本发明的实施方式可以在计算机系统或其他处理系统的环境下实现。图10中示出了此计算机系统的实例。可以在一个或多个截然不同的计算机系统1000上执行（或利用其实现）图4-图6、图8、图9中描述的至少一个模块及与其相关联的功能（例如，图4和图6的媒体代理服务器420、图8和图9的自适应媒体速率控制器810等）。
计算机系统1000包括一个或多个处理器，如处理器1004。处理器1004可以是专用或通用数字信号处理器。处理器1004与通信基础设施1002（例如，总线或网络）连接。针对该示例性计算机系统对各种软件实现进行描述。在阅读该描述之后，对相关领域的技术人员来说将变得显而易见的是，如何使用其他计算机系统和/或计算机架构来实现本发明。
计算机系统1000还包括主存储器1006，优选随机存取存储器（RAM），还可以包括第二存储器1008。第二存储器1008例如可以包括硬盘驱动器1010和/或可拆卸存储驱动器1012，其代表为软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等。可拆卸存储驱动器1012通过已知方式从可拆卸存储单元1016中读取和/或向其写入。可拆卸存储单元1016的代表为由可拆卸存储驱动器1012进行读取和写入的软盘、磁带、光盘等。相关领域的技术人员将明白，可拆卸存储单元1016包括其中存储有计算机软件和/或数据的计算机可用存储介质。
在替代的实现中，第二存储器1008可以包括允许计算机程序或其他指令载入计算机系统1000的其他类似装置。例如，这样的装置可以包括可拆卸存储单元1018和接口1014。这样的装置的实例可以包括程序盒和盒式接口（例如视频游戏设备中发现的盒式接口）、可拆卸存储器芯片（例如EPROM或PROM）及相关插槽、拇指驱动器和USB端口以及允许软件和数据从可拆卸存储单元1018传输至计算机系统1000的其他可拆卸存储单元1018和接口1014。
计算机系统1000还可以包括通信接口1020。通信接口1020允许软件和数据在计算机系统600和外围设备之间传输。通信接口1020的实例可以包括调制解调器、网络接口（诸如以太网卡）、通信端口、PCMCIA插槽和卡等。通过通信接口1020传输的软件和数据是信号的形式，所述信号可以是电信号、电磁信号、光信号或能够被通信接口1020接收的其他信号。通过通信路径1022将这些信号提供给通信接口1020。通信路径1022携带有信号并且可以使用电线或电缆、光纤、电话线、手机链路、RF链路及其他通信信道来实现。
如本文所使用的术语“计算机程序介质”和“计算机可读介质”通常用来指有形存储介质，诸如可拆卸存储单元1016及1018或硬盘驱动器1010中安装的硬盘。这些计算机程序产品是用于向计算机系统1000提供软件的装置。
计算机程序（也称为计算机控制逻辑）存储在主存储器1006和/或第二存储器1008中。计算机程序还可以通过通信接口1020接收。当执行时，这些计算机程序使计算机系统1000实现本文所讨论的本发明。尤其是，当执行时，计算机程序使处理器1004实现本发明的处理，如与本文所描述的实施方式相关联的任意方法。相应地，计算机程序代表计算机系统1000的控制器。当利用软件实现本发明时，该软件可以存储在计算机程序产品中并利用可拆卸存储驱动器1012、接口1014或通信接口1020载入计算机系统1000。
在另一个实施方式中，本文所公开的实施方式的特征主要利用硬件组件如专用集成电路（ASIC）及门阵列等在硬件中实现。实现硬件状态机以执行本文所描述的功能对相关领域的技术人员来说同样是显而易见的。
V、结论
在第II部分的1:N多媒体呼叫实例中，本发明的实施方式补偿具有非对称通信协议的通信系统中的上行带宽限制。在实施方式中，针对图4，媒体代理服务器420从CMTS130接收单个编码媒体信号并将编码媒体信号复制N次，其中将复制媒体信号传输至远程客户端装置1101-110N中的每一个。在DOCSIS通信网络的上游（例如，在通信系统400的WAN部分）设置媒体代理服务器420的过程中，在通信系统400的带宽受限部分（例如，DOCSISUS230）不会起到复制作用。因此，本地客户端装置1701和远程客户端装置1101-110N之间的多媒体呼叫不受宽带接入系统（例如但不限于DOCSIS通信系统）中的上行带宽限制的约束（例如，牺牲媒体信号的声音质量和视频质量）。
在第III部分的M:N多媒体呼叫的实例中，本发明的实施方式补偿通信系统中的带宽限制。在实施方式中，针对图8，自适应媒体速率控制器810基于来自CMTS130的带宽使用信息（经由一条或多条控制消息820）适应与来自远程客户端装置1101-110N和本地客户端装置1701-170M的媒体信号相关联的一个或多个数据速率。当CMTS130表示该特定通信方向存在带宽限制时，自适应媒体速率控制器810可以升高或降低特定通信方向（例如，上行和下行方向）的媒体信号的比特率。自适应媒体速率控制器810还可以基于来自CMTS130的实时带宽使用信息来选择一个或多个媒体信号的适当比特率。进一步地，如果本地和远程客户端装置不支持通用编解码格式，则自适应媒体速率控制器810可以将与一个或多个远程客户端装置1101-110N的编解码格式不同的编解码格式应用于一个或多个本地客户端装置1701-170M。
虽然在DOCSIS通信网络多媒体呼叫的环境下对本发明的实施方式进行了描述，但基于本文的描述，本领域技术人员应认识到，本发明的实施方式可适用于其他类型的通信网络以及其他类型的通信应用。进一步地，在示出了指定功能及其关系的实现的功能构建块的帮助下对本发明的实施方式进行了描述。为了便于描述，在本文中任意限定这些功能构建块的界限。只要适当执行指定功能及其关系，就可以限定替代的界限。
尽管上文已对本发明的各个实施方式进行了描述，但应理解，提出实施方式仅仅是示例目的，而不是限制性的。本领域的技术人员应理解，在不背离本文所述描述的实施方式的精神和范围的情况下，在本文中可以对形式和细节进行各种改变。应理解，该描述不限于这些实例。该描述可适用于本文描述的任意要素操作。因此，该描述的广度和范围不应限于上述示例性实施方式中的任何一个。进一步地，本发明只应根据所附权利要求及其等同物进行限制。

Claims (10)

1.一种通过带宽受限网络通信的装置，包括：
第一网络接口，被配置为通过具有非对称通信协议的第一通信网络从本地客户端装置接收单个媒体信号并通过第二通信网络从多个远程客户端装置传输多个第一媒体信号；
媒体调度器，被配置为将所述单个媒体信号复制成多个复制媒体信号；以及
第二网络接口，被配置为通过所述第二通信网络将所述多个复制媒体信号传输至所述多个远程客户端装置并通过所述第二通信网络从所述多个远程客户端装置接收多个第二媒体信号。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
媒体中继器，被配置为将所述多个第一媒体信号从所述第二网络接口中继至所述第一网络接口；以及
认证计费模块，被配置为控制本地客户端装置和所述多个远程客户端装置之间的会话及点对点通信会话的计费服务。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述非对称通信协议包括有线电缆数据服务接口规格或数字用户线路通信协议。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述媒体调度器被配置为在具有所述非对称通信协议的所述第一通信网络的上行信道中接收所述单个媒体信号。
5.一种通过带宽受限网络通信的系统，包括：
电缆调制解调器；
电缆调制解调器终端系统CMTS，被配置为通过具有非对称通信协议的第一通信网络将多个第一媒体信号传输至所述电缆调制解调器并通过所述第一通信网络从本地客户端装置接收单个媒体信号；以及
媒体代理服务器，被配置为：
通过第二通信网络从所述CMTS接收所述单个媒体信号；
通过所述第二通信网络将多个复制媒体信号传输至多个远程客户端装置；
通过所述第二通信网络从所述多个远程客户端装置接收多个第二媒体信号；以及
通过所述第二通信网络将所述多个第二媒体信号传输至所述CMTS。
6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括：
本地媒体控制单元，被配置为通过局域网将所述单个媒体信号从所述本地客户端装置传输至所述电缆调制解调器。
7.一种通过带宽受限网络通信的装置，包括：
第一网络接口，被配置为通过第一通信网络接收多个媒体信号，所述多个媒体信号被编码成至少一种编解码格式；
速率控制器和媒体代码转换器，被配置为基于与一个或多个本地客户端装置相关联的信道和处理能力以及关于所述第一通信网络的至少一条带宽使用信息的一条或多条控制消息、至少一种编解码格式、或其组合，将所述多个媒体信号中的一个或多个代码转换为不同编解码格式；以及
第二网络接口，被配置为通过第二通信网络将代码转换的所述多个媒体信号中的一个或多个传输至相应的多个远程客户端装置。
8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括：
服务提供模块，被配置为向所述一个或多个本地客户端装置提供一个或多个服务水平。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述速率控制器和媒体代码转换器是自适应媒体速率控制器的一部分，其中，所述自适应媒体速率控制器被配置为通过所述第二通信网络将代码转换的所述多个媒体信号中的一个或多个传输至所述相应的多个远程客户端装置并且包括在所述通信系统中，所述通信系统包括：
电缆调制解调器；以及
电缆调制解调器终端系统CMTS，被配置为通过所述第一通信网络将所述多个媒体信号传输至所述电缆调制解调器或从所述电缆调制解调器传输所述多个媒体信号。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述通信系统进一步包括：
本地媒体控制单元，被配置为通过局域网将编码成所述至少一种编解码格式的所述多个媒体信号从所述一个或多个本地客户端装置中的至少一个传输至电缆调制解调器。
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