CN1197256C - 通信系统,发射机,保护传输差错的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保护基本的数字数据帧的传输差错的方法，基本的数字数据帧包括不同优先权的基本的数据，以便通过通信信道提供保护抵消传输差错的数据帧。确定与基本数据相关的优先等级，一方面用于通知保护步骤执行抵消它的差错的保护，另一方面用于判定关于保护所述基本数据的必要性。FEC类型的抵消差错的保护步骤使得它可能在所述基本数据的基础上通过增加冗余信息的数量到每个类型的基本数据传送保护的数据，冗余信息数量取决于它们的优先等级和指示通信信道的质量的值二者。应用：抵消差错数据的保护。

Description

通信系统，发射机，保护传输差错的方法

技术领域

本发明涉及保护基本的数字数据帧的传输差错的方法，基本的数字数据帧包括不同优先权的基本的数据，以便在通信信道上提供保护传输差错的数据帧。

它还涉及一种通信系统，该系统包括通过通信信道发送基本的数字数据帧到接收器的发射机，所述发射机装备适合的装置以便实现在上面提到的方法。

一般地它在多媒体数据的通信系统中有很多的应用，正如特别在经过移动的或者有线网络的可视电话类型的应用中的情况。

背景技术

欧洲的专利公开no.0680 157 Al描述用于控制保护由发射机通过传输路径发送到接收机的数据发送差错的方法和系统。这个方法通过在传输路径中可用的通带的优化的利用率执行发送的数据保护。为了获得此目的，发送的数据划分成在第一时间期间中的不同的重要性级别，和在第二时间期间中根据增加冗余数据的目的的算法进行编码。这个增加冗余数据考虑了发送的数据的重要性等级，以便变化保护的程度。

根据现有技术文件执行的保护传输差错的方法有许多缺点。

首先，预先定义保护的功率，即这个方法不考虑传输质量中的任何变化，它可以放入于发送数据的保护功率的问题中。因此这个方法缺乏数据保护对变动传输条件的适配，在这些条件下它一方面导致传输路径通带的不良的占用，而且另一方面还导致发送数据的不良的保护。

此外，描述的该方法隐含严格的结构的实施，使得它需要预先定义被保护的数据的重要性级别的数量。结构的这个严格性产生了要对每个重要性级别执行用于数据处理的过程。因此当有重要性的级别时，就有许多处理过程，导致低灵活性的昂贵的解决方案。

发明内容

通过建议一个通信系统、发射机以及为着要保护经过通信信道以选择地方式发送的基本的数据帧的方法，本发明具有在很大程度上补救这些缺点的目的，选择地方式是比在现有技术文件中描述的方式更可靠和价格比较低廉。

为了获得这个目的，本发明其特征在于该保护方法包括表征装置，用于表征基本数据的每个帧的优先等级，和FEC类型抵消传输差错的保护装置，用于将冗余数据分组加到基本数据的帧中以便搜索保护，冗余数据的数量是所考虑的基本帧的优先权等级和通信信道差错率的函数，所述保护装置经过该通信信道传送保护数据的所述帧。

根据本发明的保护方法包括通用序列的处理步骤，引导保护的数据的传送抵消在通信信道上的传输差错。这个序列的处理步骤用于被保护的所有的基本数据抵消该差错。在第一时间期间，其中假定基本的数据是各种类型的，执行它们的类型的检测。随后利用对应表确定关于基本数据的优先权，一方面用于通知保护步骤执行抵消它的差错的保护，另一方面用于判定关于保护所述基本数据的可能性或者必要性。实际上，传输差错保护步骤包括将冗余信息增加到基本的数据，以使如果判定这将导致太大的增加经过通信信道发送的数据的数量，或者如果判定该数据的优先权是足够地低，不提供它们抵消该差错的保护，它可能不保护一些类型的数据。FEC(前向纠错)类型的防差错步骤使得它可能根据所述基本数据、它们的相关的优先权、和代表通信信道质量的值，提供所述保护数据。该FEC类型保护步骤例如根据分组传输RTF(实时传送协议)的范围的标准的IETF RFC 2733使得它可能考虑冗余信息的优先权将许多的冗余信息加到每个类型的基本数据，在同时所述值代表通信信道的质量。实际上，冗余信息量部分是较大的，当基本数据的优先级是较高的和当通信信道的质量是较差时。因此上述的方法是通用的，因为执行与处理的基本数据的类型无关的单个处理序列，是比较低廉的，因为处理序列是不随着不同类型的基本数据的函数倍增的，并且是灵活的，因为加到基本数据的冗余数据的数量适用于通信信道的当前的质量。

本发明还涉及形成通信例如无线电话类型的系统的一部分的发射机，如上所述其操作可能受益于抵消差错的保护可能性。实际上本发明提供用于所述基本数据的通用组的处理步骤，以便给接收机发送抵消传输差错保护的数据。因此发射机以适用于数据的优先等级和传输信道质量的方式控制发送的数据的冗余电平，同时在传输信道通带的占用和抵消差错保护的等级之间保护最佳的折衷。

本发明的这些方面以及其它更详细的方面从下面参照附图的描述中变得更清楚了，所有的是以实例的方式对本发明不是限定。在附图中：

附图说明

图1是表示根据本发明的不同操作序列的方框图，和

图2是根据本发明代表包括发射机的通信系统的图。

具体实施方式

图1图解地表示引导到由发射机经过通信信道发送的基本数据的保护的各个步骤。各个步骤的序列101使得它可能从基本数据109开始提供抵消传输差错的保护的数据107和/或者未对差错进行任何保护处理的数据108。基本数据109对应于例如由音频/视频编码器发出的或者更通常由数字多媒体数据源发出的数字数据帧。这些基本数据帧例如以MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4或者H.263系列的音频/视频编码器发出的，或者来自使用标准H.324或H.323的应用。这类数据具有以下特性：它包括在解码期间可能被识别和同步的不同类型的数据。在本发明的范围中，以优先等级翻译和变换这些不同类型的数据。实际上，有用于这种数据的一些分层结构，使得它可能描述由所述源提供的信息内容。例如，如果基本数据109涉及根据MPEG-2或MPEG-4标准编码的视频数据，关于视频目标(VO)，视频目标层(VOL)，视频平面组(GOV)，视频目标平面(VOP)和视频分组(VP)的数据定义降低优先权的交错分级结构，其中最好保护关于抵消差错图像的数据，即具有最高的优先权的那些数据。为此目的提供检测步骤102，用于检测数据类型或者基本数据帧109，以便分配给它们一个优先等级。这个检测是根据基本数据109的编码句法的分析，特别是指各种标题中包含的句法的关键字。在本发明的另一个变型中，它可能不执行数据109的类型的检测，这类型信息是直接地由外部的单元提供的，诸如编码器或者提供数据109的信源。这个替代路由参考110。一旦知道了基本数据的类型，在步骤103，所述类型信息和优先等级之间建立一个对应。在下面更详细地说明的这个步骤包括对应表的实施，其中用户具有预先建立的每个类型数据和优先等级之间的对应。一致的数量不受任何限制的限定，以使这个方法可以适用于包含在向前处理中来自这个等级的不同编号的数据类型的不同数据源。为此目的它足够提供包括许多一致的对应表，它足够地大，意味着如果基本数据包括少量类型，它们可能根本不使用。因此步骤103提供关于基本数据的优先级或者数据帧109的值。根据这个优先等级的值，数据109抵消传输差错有效地保护了，或者作为选择不受到任何补充的处理。单元106承担进行这个选择，确定通过处理序列101的基本数据109的路径。实际上它可能决定不保护低优先级的基本数据，意味着或者出现不调整保护的低重要性的数据，或者出现传输之后可能重建的数据，即使它们有很多的差错。在这些情况下，数据109不抵消差错保护，以便不使发送基本数据的通信信道的通带负担不必要的过重。在相反的情况下，即其中判定基本数据的优先级是足够地高，单元106转换数据109向着防差错步骤104。这个保护步骤为了它的目的将冗余数据加到基本数据109，以便允许传输之后重建这些基本数据，如果在它们的传输期间也遭受很多的差错。步骤104使得它可能通过以具体的和创新的方式实践FEC类型算法来输送抵消传输差错的保护的数据107。为此目的本发明提供在冗余量在意义上选择地保护基本数据，例如考虑基本数据的优先权，表示成基本数据的字节数量的百分比，这个冗余增加是加到该基本数据。换言之，加到基本数据的冗余百分比成比例加大，当它的优先等级是较高时。本发明的这个方面在下面更详细地说明，以这种方式，可能保证重要的数据的最佳的保护，同时没有经过通信信道发送加到低优先级等级的基本数据的冗余数据，意味着通信信道没有不必要的负担。保护步骤104除了接收数据109和表示它们的优先等级的值之外，接收代表传输信道质量Q的值105。这个值例如是在一定的时间期间从这个信道丢失的数据帧的数量中估计的通信信道差错率的函数，估计是在远程设备级进行的，并且这个估计步骤的结果发送给发射机。以这种方式，加到基本数据的冗余量以通信信道的这个质量值调制：加到基本数据的冗余量成比例提高，当这个质量值指示较高的差错率时。因此基本数据根据通信信道的质量的任意的值是不保护的，但是改为根据表示这个信道的实际的特性的质量值：保护的程度完全地适用于数据的传输条件。

因此通过共同地执行的双重的策略保证抵消传输差错的保护，以便能够将冗余数据的数量加到基本数据，该策略包括：

根据基本数据的优先等级进行冗余数据的第一数量的估计，第一数量成比例提高，当优先等级是较高时，

根据表示可靠性和通信信道质量的一个值执行的这个多余数据的第一数量的调制，调制采取冗余数据数量增加的形式，当通信信道不可靠或当传输的差错率是较高时，该增加成比例加大，冗余数据的增加明显地由传输信道的最大的通带限定。

图2表示根据本发明包括发射的通信系统。这个通信系统包括一个发射器E，它通过有线的或者无线电波类型的通信信道217与接收机R通信，接收机R接收该保护数据，以便例如在多媒体应用中使用它们。这个通信系统例如对应诸如视频数据流、点播电视或者可视电话的应用，并且使用H.323标准(使用传输协议RTP)用于在因特网上的视频传输，或者H.324标准(根据H.223标准使用该传输协议)关于可视电话类型的应用、或者GSM类型的应用、或者根据蓝芽标准的应用。

发射机E包括基本数字数据的信源218或者例如由服务器或者由音频/视频编码器发出的并且发送给模块201的数据帧209用于抵消差错的保护。平行于这些基本数据，模块201接收表明传输信道217质量的信号205。为此目的，可能使用根据标准RCF 1889 IETF与RTP协议共同地定义的RTCP(RTP控制协议)协议，使用该统计使得可能传送关于通信的质量诸如从最后的分组RTCP在接收机R级接收以来丢失的数据分组的数量。通信信道质量的这个估计由部件225执行，它通过信号205发送它的估计结果给发射机。但是任何其它装置例如专用装置可以用于传送表明传输信道质量的信息205。正如参照图1描述的，模块201提供没有保护的数据208或者根据基本数据209通过增加冗余数据保护的数据207，基本数据的保护程度取决于它们的优先等级和传输质量217两者。现在根据RTP协议应用给出下列说明，但是本发明不限制于此。

在优选实施例中，认为通信系统能够根据本发明的发射机和接收机之间的MPEG-4标准通过使用蓝芽标准的通信信道执行编码的数据的传输。在这种情况下，和按照该用户的要求，GOV(视频目标平面组)型的视频数据、运动矢量数据MV和结构(TEXTURE)数据构成三类型的降低优先权数据P()：

p(GOV)＞p(MV)＞p(TEXTURE)。实际上高优先级可能给予GOV型，中优先级给予MV型，和低优先级给予TEXTURE型，认为后者类型的数据对该应用不是不可缺少的以及这些数据的差错或者丢失的损害仅仅是低程度的。因此由用于一定的通信信道质量Q1的模块201定义基本数据的三个程度的保护：

a)增加100％的冗余数据到GOV型数据，

b)增加50％的冗余数据到MV型数据，

c)增加5％的冗余数据到结构型数据。

对于经过通信信道的传输质量Q2比前面的例子中更差，即Q2＜Q1，这时基本数据的三个程度的保护由以下定义：

a)增加200％的冗余数据到GOV型数据，

b)增加60％的冗余数据到MV型数据，

c)不增加冗余数据到结构型数据。

在冗余数据数量不仅仅取决于该数据的优先权而且还取决于通信信道质量的意义上，这个例子是用于量化加到基本数据的上述双重策略的理想的说明：这里，在Q＝Q2的情况下，和与其中Q＝Q1的情况比较，冗余数据主要地叠加在GOV数据上，作为抵消MV型数据，冗余数量仅仅增加一点点，一方面因为它们不具有高优先级，另一方面以便不使通信信道饱和。至于结构型数据，如果Q＝Q2根本没有增加冗余数据，因为它们的优先等级是最低的和因为全部保护努力目的是GOV型数据。结构型数据是通过通信信道发送的而不抵消差错保护，传输可以通过FEC保护模块(而不增加冗余数据)或者在所述通信信道上通过基本数据的简单的交换获得。

以类似于GOV、MV和结构数据的方式，具有不同优先级的其它数据可以在通过通信信道发送之前选择地保护。在MPEG-4标准内或者更通常在视频压缩的MPEG标准内，实际上给属于不同图像类型I、P和B的数据提供选择地保护是明智的。I类型设计用于不执行运动补偿的内(INTRA)图像。I类型图像用作该序列中其它图像的时间的预测的基准，虽然它们具有与它们相关的高优先级等级。P类型设计用于已经进行时间的预测的图像，以便得益于存在在视频序列中的两个连续的图像之间的时间的冗余，因此增加视频压缩速率。P类型图像是关于I类型的参考图像编码的。B类型设计用于已经进行双重的时间的预测以便获得这些图像的最大的压缩速率的图像。由于如果这些图像在它们的传输期间变劣，它们可以从I和P类型图像通过内插法恢复，因此给予它们低优先级等级。

因此依赖于类型I、P和B的数据的优先级级别的三个保护级别可以在抵消传输差错的选择地FEC类型保护范围中提供：

a)主要的增加冗余数据到定义I类型的图像的数据，抵消差错的保护是通过大量的冗余数据(FEC分组)与定义I类型图像的数据级联完成的。有利地，它还可以想象抵消差错保护重要的数据的FEC分组仅仅包含有限数量组合在掩码中的FEC分组；

b)增加少量的冗余数据到定义P类型图像的数据，增加冗余数据是通过少数的FEC分组与定义P类型图像的基本数据级联实现的：

c)不增加冗余数据到定义B类型图像的基本数据。

然后由201分析和/或者处理的这些数据发送给模块220，它具有根据RTP协议特别通过增加FEC保护特定的标题RTP到每个数据帧以便在接收机端同步基本数据和相应的冗余数据格式化它们的功能。因此模块220根据RTP协议分别在数据207和208的基础上发送格式化的数据帧210和211。每个数据帧210和211经过通信信道217通过传输层221发送。

有利地，增加冗余数据到经过通信信道发送的基本数据可以由这个信道的特性限定。实际上通信信道总是具有有限的通带，因此增加冗余数据(FEC分组)必须是：抵消差错保护的数据的数据速率必须一直低于或者等于通信信道的数据速率，即使在这个信道的通带中出现波动。抵消差错保护的数据的数据速率可以看作基本数据的数据速率和冗余数据的数据速率的和。如果经过信道217传输的差错率是已知的，则确定与基本数据相关的冗余数据的数据速率，以便在接收端实现检测的差错的最大的校正(最大的恢复速率)，确定可以以实验或者利用根据传输差错率参数表格进行，该冗余数据速率调节到期望的恢复速率。只要传输差错率不改变，这样确定的冗余数据速率及时保持恒定，但是如果它改变了，考虑通信信道的实际的条件以动态的方式进行新的确定。

根据第一策略，当通信信道的最大的通带变得较小时，这例如是如果通信网络是饱和的情况，从218发出的基本数据的数据速率209由位于发射机级的一个控制器自动地调节，使得基本数据和冗余数据的数据速率的和总是等于该通信信道的所述最大的通带。在信源218根据MPEG-4标准产生压缩的视频信号的情况下由所述控制器进行的数据速率209的这个调整是通过增加DCT(离散余弦变换)部件的量化步骤获得的。相反地，如果通信信道的最大的通带宽了，所述控制器通过减少DCT部件的量化步骤增加数据速率209，以便优化和最大化通信信道通带的填充。

根据获得基本数据和冗余数据的数据速率的和总是保持等于通信信道的最大的通带的第二策略，所述控制器实施时间定标技术。这个技术在于该控制器给信源218指示哪个基本数据不能通过该通信信道发送。如果该通信信道的最大的通带减少或者传输差错率增加，即如果基本数据209的数据速率降低了，低优先级的基本数据不经过通信信道发送。

根据获得基本数据和冗余数据的数据速率的和总是保持等于通信信道的最大的通带的第三策略，所述控制器在具有不同数据速率的一组基本数据流中实施选择技术。在这种情况下，信源218不再提供一个而是提供具有不同数据速率的几个同步数据流209，例如具有数据速率D1的第一数据流和具有数据速率D2的第二数据流，D1＜D2，这些数据流从同一个视频序列始发的并且以两个分开的视频编码器并行地编码，或者作为选择预编码，随后存储在存储介质(例如硬盘)。如果这时基本数据的数据速率减小，控制器例如通过从数据速率D2转换到D1选择较低的数据速率的基本数据流209。相反地，如果基本数据的速率可以增加，即从数据速率D1改变到D2，该控制器将选择较高的数据速率的基本数据流209。

在接收机端R，通过传输层224接收的数据帧被分成两个类别：没有进行任何防差错的数据帧213和进行FEC类型防差错的数据帧212。发送到模块223，分析数据帧212和213以便抑制与RTP协议相关的它们的句法，句法用于同步接收的各种数据帧。因此模块223提供没有保护的数据帧215和包含基本数据和冗余数据二者的数据帧214给模块222。在这个等级，帧215和214分别对应于帧208和207，除了经过信道217在传输期间出现了差错之外，这是为什么模块222用于重建受差错影响的数据的目的：

或者根据单个、具有低优先级等级内容的无保护的数据215，主要地根据与先前接收的无恶化的数据内插法，

或者使用与数据帧214相关的冗余数据通过在标准RFC 2733中描述的FEC类型算法的应用。

应该注意，发送的基本数据的这个重建的成功在比例上是更可能的，当出现差错的数量与冗余数据量的比是较低时。

如果是视频类型的数据，这样重建的和从差错中释放的数据216这时发送到应用219，例如用于解码和在屏幕上显示。

根据本发明的各个步骤可以在各种方式在发射机级实现，使得它可能传送保护数据帧，特别使用执行相应于加到基本数据帧的处理102/106/104的一组指令的信号处理器和使用其内容使得它可能建立对应步骤103的类型/优先级的存储器。

因此已经描述了和示出以选择的方式保护抵消这些差错的经过遭受差错的通信信道发送的数据的通信系统、发射机以及方法。明显地，可以进行与描述的实施例有关的很多的修改而不脱离本发明的范围。

Claims (7)

1.一种发射机，包括用于产生基本数字数据帧和设计用于通过通信信道发送抵消差错保护的基本数字数据的所述帧给接收机的装置，其特征在于所述发射机包括：

表征装置，用于表征基本数据的每个帧的优先等级，

抵消传输差错的FEC类型的保护装置，用于增加冗余数据分组到寻找保护的基本数据的帧，冗余数据量是考虑中的基本帧的优先级等级和通信信道的差错率的函数，

控制装置，用于防止优先等级低的那些基本数据帧的传输，以确保通过所述通信信道传送的被保护的基本数字数据帧的数据率不超过所述通信信道的最大带宽。

2.根据权利要求1的发射机，其特征在于所述产生基本数字数据帧的装置传送数据速率由所述控制装置控制的基本数据的单个数据流。

3.根据权利要求1的发射机，其特征在于所述用于产生基本数字数据帧的装置传送每个具有不同数据速率的几个同步的基本数据流，所述控制装置从这些不同的数据流中选择抵消传输差错保护的基本数据帧。

4.一种电话设备，包括根据权利要求1的发射机。

5.一种发送数据的方法，包括产生基本数字数据帧的步骤，目的是通过通信信道发送抵消差错保护的基本数字数据的所述帧到接收机，其特征在于该方法进一步包括：

给基本数据的每个帧表征优先权的等级的步骤，

抵消传输差错的FEC类型的保护步骤，增加冗余数据的分组到想象保护的基本数据帧，冗余数据量是所考虑的基本帧的优先权等级和通信信道差错率的函数，

控制步骤，用于防止优先等级低的那些基本数据帧的传输，以确保通过所述通信信道传送的被保护的基本数字数据帧的数据率不超过所述通信信道的最大带宽。

6.根据权利要求5的发送数据的方法，其特征在于所述产生基本数字数据帧的步骤允许该数据速率由所述控制装置控制的基本数据的单个数据流的传送。

7.根据权利要求5的发送数据的方法，其特征在于所述用于产生基本数字数据帧的步骤允许传送每个具有不同数据速率的几个同步的基本数据流，所述控制步骤从这些不同的数据流中选择抵消传输差错保护的基本数据帧。

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