CN1186904C - 宽带多媒体服务系统动态带宽配置和速率控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对宽带多媒体服务系统进行动态带宽配置的方法。中央服务器观察终端的带宽需求；若发现某一终端的带宽需求比现有配置更高时服务器就检测其他终端对现有配置带宽的使用情况，判断是否有其他终端未能充分使用它现有的配置带宽；如发现有未充分使用带宽的终端，那么其全部或部分的未使用带宽将配置给那个有更高带宽需求的终端，然后服务器为所有相关终端重新配置带宽，其他的终端维持现有带宽直到有新的通知；如果没有发现未充分使用带宽的终端，服务器重新配置所有终端的带宽以满足有更高带宽需求的终端。所述方法的优点是能动态的观察并调节带宽来满足所有终端的带宽需求，并同时将过剩带宽减少到最低。此外本发明还公开了一种进行速率控制的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带多媒体服务系统的优化控制方法，尤其涉及一种对宽带多媒体服务系统进行动态带宽配置和速率控制的方法。
背景技术
不同地点之间能够通过数据网络传输电子信息。宽频网络对比其他网络的优势在于它能在单位时间内传输相对大量的数据。
传统的系统使用固定带宽配置方法。明确地说，当一个新的终端连接到网络的时候，中央服务器依照新的终端的要求和现在可获得的实际带宽来安排一个带宽。较为典型的是，一旦确定带宽，中央服务器将不检测终端和终端之间的多媒体交互(举例来说，视讯会议)，终端的连接速率(例如ISDN、ADSL、T1等)和网络堵塞情况。在这种情况下，网络堵塞很有可能发生，而且可能会严重地影响整个网络的效率。
此外，从终端这一方面来看，因为终端不能及时地对网络堵塞而有所反应，网络将很难恢复到合适的运转状态。
之所以发生上述的问题的一个主要的原因是传统的系统在终端方面使用MPEG-1、MPEG-2或MPEG-4译码标准来对视频数据进行编码。MPEG-1是在视频数据压缩中广泛应用的一个基本标准。MPEG-2是第二代压缩标准，能够把视频数据编码为6兆字节/秒的比特流。MPEG-4虽然多了一些处理多媒体内容所必需的能力，其根本的数据压缩方法在本质上与MPEG-1或MPEG-2等同，例如运动判断和随后的对运动图像补偿后帧间差的压缩。
申请号为CN 02100727.X《宽带多媒体索引和随机检索系统》的中国专利申请公开了一个多媒体服务系统，其在客户终端增加了Motion-JPEG芯片来对多媒体内容进行压缩编码，增强了系统处理能力。
美国第5,554,161号专利阐述了以MPEG-1为基础的视频传输网络系统。
MPEG-2针对视频流信息内容帧与帧之间的变化而提供了一个基于缓冲区的比率控制方案。一般来说，当有剧烈的运动时，信息内容会增加并随之要求以更快的比特速率来编码和传输同数量帧的图像。如果终端配置是固定的带宽，比特速率的增加会引起问题，比如损失部份或全部的图像，或终端被拒绝服务。为了维持较为稳定的比特速率，MPEG-2标准定义了缓冲区的使用，并规划了检测缓冲区饱和度并调整量化步长大小的相应机制以避免缓冲区溢出的问题。譬如说，如果缓冲区已经达到饱和时，用于将来编码单位的量化步长将被增加来降低比特速率，从而缓解缓冲区的饱和度。MPEG-2量详细的速率控制方法可参照以下两份国际标准：
1.ISO/IEC 13818-1国际标准MPEG-2系统(1994年11月)；和
2.ISO/IEC 13818-2国际标准MPEG-2视频(1994年11月)
这种以缓冲区为基础的速率控制方法存在的问题是，图像质量的不稳定和反应延迟都会随着带宽的变动而出现。缓慢的反应使多媒体服务系统中终端需求的实时变动很难得到协调。
从另一方面来说，在带固定带宽情况下，当数据内容少于常量时，对某个特定的终端会发生带宽过剩的现象，但这些过剩的带宽不能用来满足其他因信息量大而需要较高带宽终端的需求，也造成了一些资源的浪费。
因此需要提供一种对宽带多媒体服务系统进行动态带宽配置和速率控制的方法，使系统能够快速地回应多媒体服务网络的动态带宽配置要求并且充分地使用网络带宽来满足所有终端的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对宽带多媒体服务系统进行动态带宽配置和速率控制的方法，使该系统能动态的观察并调节带宽来满足所有终端的带宽需求，并同时将过剩带宽减少到最低。
本发明采用的技术方案如下：
一种对宽带多媒体服务系统进行动态带宽配置的方法，步骤如下：
中央服务器持续地观察每个终端的带宽需求；
如果中央服务器未发现有终端需要比现有配置更高的带宽，它会继续观察，如果发现某一终端的带宽需求比现有配置更高时就进入下一步骤；
中央服务器检测其他终端对现有配置带宽的使用情况，判断是否有其他终端未能充分使用它现有的配置带宽；
如果发现有未充分使用带宽的终端，那么它(们)的全部或部分的未使用的带宽将配置给那个有更高带宽需求的终端，然后，服务器会为所有相关的终端重新配置带宽，并通知他们新配置的带宽，其他的终端将维持他们现有的带宽配置直到有新的通知；
如果没有发现未充分使用带宽的终端，那么为了实现很好的协调，中央服务器会重新配置所有终端的带宽，也就是所有终端的带宽将被相应压缩以满足有更高带宽需求的终端。
一种对宽带多媒体服务系统进行速率控制的方法，步骤如下：
终端持续地观察中央服务器所配置的带宽；
如果没有接到中央服务器降低带宽的通知，终端会继续按现有的带宽操作，并维持适用于所配置带宽的比特速率；
如果终端被通知有比现有的较低的带宽配置，则终端检查当前的比特速率是否高于所配置的带宽；
如果高于新配置的带宽要求，终端通过自动调节直到有合适的比特速率；
如果比特速率并不高于新配置的带宽要求，终端则进入视频流下幅图像的编码。
对比现有技术，本发明所述方法的优点是能动态的观察并调节带宽来满足所有终端的带宽需求，并同时将过剩带宽减少到最低。这样就避免某些终端上会出现不能接受的低质服务，象拙劣图像质量，或终端干脆被拒绝服务。
附图说明
下面参照并非限定的实施例和附图对本发明作更详尽的说明。
图1是本发明实施例的图形说明。
图2是本发明所述动态带宽配置方法的流程图。
图3是本发明所述动态速率控制的流程图。
具体实施方式
图1显示一个完整的从终端到终端的宽带多媒体服务系统，该系统包括一个宽频主链网络，一个中央服务器和一个或多个客户终端机，此系统可提供多媒体传输方面的服务，譬如宽带视频方面的多媒体索引和随机检索等。
一个强大的中央服务器10就可提供在宽频主链网络15上运作的整个多媒体服务系统。一个客户多媒体终端机20能以不同方式连接到宽频主链网络。举例来说，客户多媒体终端机能经过乙太网30直接连接到宽频主链网络，或者客户多媒体终端机能经过ADSL路由器40和电话线连接到宽频主链网络，或者客户多媒体终端机能经过IDSN调制器50和电话线连接到宽频主链网络。一个客户多媒体终端机可以是多种格式的。例如，一个客户多媒体终端机可能是有一台摄像头连接一个个人计算机，一个客户多媒体终端机也可能就是一台摄像头。
在其他的情况，多个客户多媒体终端机可连接成一个本地区域网络60，然后通过防火墙70连接到宽频主链网络15。通常情况下，该本地网络往往有一个本地服务器来服务于本地区域网络。这样的本地服务器一般都有强大的计算和存储功能。如进行多媒体内容的集成，或实现一个由中央服务器指定的搜寻请求。一个本地区域网络也能专注于数据储藏和作为网络附属贮藏库来运行。
一个客户多媒体终端机可以是多种格式的。例如，一个客户多媒体终端机可能是有一台摄像头连接一个个人计算机，一个客户多媒体终端机也可能就是一抬摄像头。为了视频编码，所有的客户多媒体终端机将会有至少一枚Motion-JPEG芯片。Motion JPEG是用于减少数字视频图像所占的存储空间的压缩方法。它既可靠又简单。Motion JPEG基本的算法参照JPEG----一种静态图像的压缩格式。在Motion JPEG中，JPEG被应用于数码视频图像。
中央服务器是系统的中枢，它对来自客户多媒体终端机的多媒体内容进行集成并按照来自客户多媒体终端机的要求完成内容搜索和反馈。这样一来，本发明阐述的系统能提供一个用于网络中任何点与点之间的多媒体通讯。
图2是本发明所述动态带宽配置方法的流程图。
在步骤ST1，中央服务器持续地观察每个终端的带宽需求。在步骤ST2，如果中央服务器未发现有终端需要比现有配置更高的带宽，它会继续观察。如果发现某一终端的带宽需求比现有配置更高时就进入步骤ST3--中央服务器检测其他终端对现有配置带宽的使用情况。
接下来，在步骤ST4，中央服务器会判断是否有其他终端未能充分使用它现有的配置带宽。如果发现这样的终端，那么它(们)的全部或部分的未使用的带宽将配置给那个有更高带宽需求的终端。然后进入步骤ST5，在步骤ST5，服务器会为所有相关的终端重新配置带宽，并通知他们新配置的带宽。其他的终端将维持他们现有的带宽配置直到有新的通知。
如果没有发现未充分使用带宽的终端，那么为了实现很好的协调，程序会由步骤ST4进入步骤ST6，中央服务器会重新配置所有终端的带宽，也就是所有终端的带宽将被相应压缩以满足有更高带宽需求的终端。
此外，此发明的终端也会配合上述的动态带宽配置的实施。
图3是本发明所述动态速率控制流程的图形说明。
在步骤ST1’中，终端会持续地观察中央服务器所配置的带宽。
在步骤ST2’中，如果没有接到中央服务器降低带宽的通知，终端会继续按现有的带宽操作。它可通过改变Motion JPEG使用的量化表来维持适用于所配置带宽的比特速率。如果终端被通知有比现有的较低的带宽配置，它会进入步骤ST3’来检查当前的比特速率。
接下来，步骤ST4’中，终端会检测当前的比特速率是否高于所配置的带宽，如果高于新配置的带宽要求，终端会进入下一个步骤ST5’通过自动调节量化表直到合适的比特速率。
如果比特速率并不高于新配置的带宽要求，终端会运行步骤ST6’，进入视频流下幅图像的编码。
虽然此发明通过上面特定描述来阐述，但显然对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的优点和进行修改。上面的有关此发明的特定描述是用于对此发明的形象说明，它并不限制本发明的应用方式和范围。在其最广泛的方面本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例，因此在不背离附权利要求及等同范围所限定的一般的概念的精神和范围的情况下可进行各种修改。
Claims (5)
1.一种对宽带多媒体服务系统进行动态带宽配置的方法，步骤如下：
中央服务器持续地观察每个终端的带宽需求；
如果中央服务器未发现有终端需要比现有配置更高的带宽，它会继续观察，如果发现某一终端的带宽需求比现有配置更高时就进入下一步骤；
中央服务器检测其他终端对现有配置带宽的使用情况，判断是否有其他终端未能充分使用它现有的配置带宽；
如果发现有未充分使用带宽的终端，那么它/它们的全部或部分的未使用的带宽将配置给那个有更高带宽需求的终端，然后，服务器会为所有相关的终端重新配置带宽，并通知他们新配置的带宽，其他的终端将维持他们现有的带宽配置直到有新的通知；
如果没有发现未充分使用带宽的终端，那么为了实现很好的协调，中央服务器会重新配置所有终端的带宽，也就是所有终端的带宽将被相应压缩以满足有更高带宽需求的终端。
2.根据权利要求1所述的对宽带多媒体服务系统进行动态带宽配置的方法，其特征在于，中央服务器对每个终端带宽需求的观察包括但不限于终端与终端之间的多媒体交互、终端连接速度和网络堵塞情况。
3.一种对宽带多媒体服务系统进行速率控制的方法，步骤如下：
终端持续地观察中央服务器所配置的带宽；
如果没有接到中央服务器降低带宽的通知，终端会继续按现有的带宽操作，并维持适用于所配置带宽的比特速率；
如果终端被通知有比现有的较低的带宽配置，则终端检查当前的比特速率是否高于所配置的带宽；
如果高于新配置的带宽要求，终端通过自动调节直到有合适的比特速率；如果比特速率并不高于新配置的带宽要求，终端则进入视频流下幅图像的编码。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，多媒体终端通过调节图像压缩比以达到与配置带宽相映的比特速率。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，多媒体终端对图像压缩的调整是通过调整用于当前帧图像的Motion JPEG用来控制压缩比的量化表来实现。
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