CN1311688C - 用于流式内容的智能交付方法 - Google Patents

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Abstract

一种终端设备具有一定的处理能力，终端用户对通过网络链路从服务提供者或从家庭服务器获取流式数据流具有特定需求。提供了一种方法、软件应用和系统，用于把终端用户的能力和需求传送给提供者。这允许服务提供者或家庭服务器发送定制的数据流。在终端用户具有无线IHDN的情况下，所述方法包括以动态方式考虑能力。

Description

用于流式内容的智能交付方法
技术领域
本发明涉及一种将AV内容(音频视频内容)从内容提供者或者源交付到终端用户的优化方法。所述方法特别针对带宽利用和存储而优化，并在可能和可获得时考虑用户概况、用户的显示设备和网络的静态和动态特征。
背景技术
在端对端流式音频-视频(AV)内容分发系统中，内容提供者很少知道或者全然不知终端用户的存储器和用户的再现设备的I/O能力。为优化带宽或者存储容量，以一种压缩格式例如MPEG2或MPEG4从内容提供者向用户发送AV内容。如果进行任何优化的话，通常也是以静态方式进行的，一般是在设置和启动内容的分发时进行的。显示器上的视频质量优化一般在(如果有的话)视频解压缩后进行。在带扬声器的配置中的音频质量优化一般在(如果有的话)音频解压缩后进行。
在用户具有无线室内数字网络(IHDN)的装置中，没有提供处理外部干扰的解决方案(参见由WSJ.在2001年8月23日发表的文章“Sony’s new airboard device combines TV-set，Internet”)。此外，由于内容提供者通常按照当时的条件开始内容交付，所以外部干扰的情况通常随时间改变。
发明内容
本发明提供一种方法、软件和控制设备，它们调节可在数据网络上获得的相关信息，用于传输流式内容。这可以包括关于网络的静态和动态性质和行为的信息。还可以包括终端用户概况的信息。此外，它可以包括关于终端用户的显示或再现装置的信息，包括物理设备的能力和特性，所述物理设备诸如是像显示监视器和扬声器之类的目的地设备。
本发明的另一个方面涉及一种方法，该方法允许在内容交付系统中有效而可靠地交付内容。内容在显示设备上一种优化的显示例如可以通过基于目的地的处理实现。内容的尽可能高的压缩可以在源和目的地之间协商。关于显示设备的处理可以使用关于下面的一个或者多个方面的知识优化，但是不限于此：
显示设备(它的处理或显示能力)，
应用的压缩(技术上可用的算法)，
用户概况(基于偏好、历史等)，
传输链路的静态行为和特性，和
例如通过监视条件而得到的传输链路的动态行为和特性。
在确定对于流式AV内容应用什么样的位速率时，还可以考虑其它的方面。以无线因特网设备为例(WIA，诸如WebPad设备)，它可以直接在它的显示屏上显示流式视频。WIA通常通过无线IHDN接收AV内容。这一无线网络对于服务质量(QoS：包括参数，诸如保证的带宽、传输错误测量、延迟和抖动)来说或许是端对端分布系统中最弱的链路。因此，本发明的另一个方面涉及一种系统和方法，它们可以以一定的预先定义的可靠性估计保证的带宽。考虑完全的交付链，保证的带宽可以用于内容提供者和最终目的地之间的数据通信。但是还预见到，交付链的一定部分，诸如在无线IHDN的两个节点之间，确定保证的带宽。这可以仅适用于该链的那一部分，或者适用于一个较大的部分。也可以考虑链路的动态特性(特别是在无线链路的场合)，这点在下面详细说明。
本发明的另外的方面涉及一种方法，它致力于网络问题，诸如(例如由于传输错误导致的)流式内容包丢失和对于流式对话可用的随时间变化的带宽。在许多场合下可以，在建立连接的时刻确定流式内容可用的保证的带宽。在基于有线链路的标准中，诸如基于IEEE1394-1995和UpnP，这一点通常得到该协议的支持。在这种标准中，总线主控制器通常跟踪可用带宽，通常是同步的和/或异步的，并可以分配保证的带宽。不过在无线环境中没有像保证的带宽这样的事情，因为超出控制的环境可以改变。首先，无线网络可以具有某种重叠。例如，一个用户的邻居可以使用同样的或者不同类型的无线网络，该网络在分配的谱(此后称为频带)的同样的或者重叠的部分工作。在这一环境下的频谱的例子是射频(RF)谱，红外(IR)频谱，和声纳谱。第二，其它的干扰源可能存在，像微波炉，它可以辐射进入2.4GHz RF频带，这一频带分配给IEEE802.11b标准(802.11b)。第三，由于诸如在发射机和接收机之间的太长距离这样的因素或者由于在发射机和接收机之间的物理障碍等，打算传输的无线信号可能经受显著的恶化。
本发明的另一方面涉及一种方法，该种方法通过传送例如关于后端处理和存储能力的信息而实现以最低可能的位速率进行的流式传输。例如，包括个人电视特征(PTV：基于硬盘驱动技术的用户友好的数字VCR)的机顶盒(STB：在这一环境中指电缆或卫星或地面数字CE接收机)可以请求内容提供者限制希望内容的大小，例如电影“Never-ending story”或其一部分。例如，STB可能在其内部的HDD中只剩有2GB的存储空间，因此可以请求限制“Never-endingstory”的大小到2GB，而不是通常的大小3GB。通过允许以最低可能流式位速率进行的流式传输，这例如提供最低的链路使用并从而提供最低的成本以及较低的存储需求。
附图说明
通过举例和参考附图来说明本发明，其中：
图1是一个室内无线数字网络的功能框图，
图2是本发明的端对端交付系统的功能框图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的优选实施例。在下面的说明中，不详细说明公知的功能或结构，因为这将以不必要的细节模糊本发明。
图1包括无线IHDN系统和环境260的功能框图。系统和环境260包括一个无线发射机200，一个无线接收机210，一个第二无线接收机250，一个不可预测干扰源230，一个可预测干扰源240，和一个无线网络220。在一个典型的、但不是排他的实施例中，无线网络220包括例如在一所房屋中的两个房间之间的无线链路。在发射机200和接收机210之间的连接不一定需要是直接的可见的连接。诸如基于802.11b标准的无线电波在一定程度上可以穿透例如分开两个相邻房间的墙壁之类的物体。此外，发射的无线电波例如可以由物体反射，但是仍能到达它们的打算的目的地，虽然稍微延迟一些(由于波通过较长的路径)。
发射机200包括一个无线接收机202和一个无线发射机204。发射机200通常需要该接收机202例如能够接受来自接收机210的确认以便发信号通知成功地发射所发射的数据包(亦即接收机210无错误地接收到包)。有可能将接收机和发射机在物理上组合成一个设备。在一个典型的，但不是排他的实施例中，发射机200包括例如一个用户STB，诸如个人录像机，它能够通过无线网络220输出先前记录的AV内容。在另一个实施例中，用户STB能够在完成一些预处理后输出先前记录的AV内容或者当前播放的AV内容，其理由如下。
接收机210包括一个无线接收机212和一个无线发射机214。如前所述，接收机210的发射机212例如可以用于在接收一个数据包后发送确认。在一个典型的、但不是排他的实施例中，接收机210例如包括AV显示设备，诸如高清晰度电视(HDTV)，它可以通过无线介质链路220接收流式AV数据。包含与接收机210结合的发射机200的系统的一个实例是例如基于802.11b标准的无线IHDN。在一个典型的、但不是排他的实施例中，该统可以用于在屋内以无线方式从接收STB给带扬声器系统的显示器分发流式AV数据。
接收机250包括一个无线接收机252和一个无线发射机254。
不可预测干扰源230包括一个干扰发射机234。可以使用2.4GHzRF频带的介质链路中的干扰源230的例子例如是一个微波炉。微波炉通常使用振荡器产生RF波，所述振荡器在其频率内例如可以具有温度漂移。一定的标准化的无线协议，诸如基于802.11b标准的无线协议，也使用2.4GHz RF频带。这些协议容易遭受微波辐射，其结果可以导致所传送数据的质量恶化。微波炉在操作使用中通常产生位于或者大约2.4GHz的RF波，其中一定的百分比的RF波会泄漏出去。微波炉的RF波在一定的时间占据RF频带的一部分，该部分同样也由基于802.11b标准的系统使用。虽然在一些时间后这一点由于上述漂移改变。
干扰源230和其它不能预见的随机干扰源可以由发射机200和/或接收机210建立模型。一种方式是建立像微波炉这样的干扰源的模型，作为随机噪声发生器。被证明在微波炉的场合很有价值的另一种模拟是认为干扰源是临时使用RF频带的一定子频带的一种源。将适用于诸如基于802.11b标准的无线协议的分配的频谱或频带细分为一个或者多个子频带。该协议通常可以同时使用一个或者多个子频带。发射机200和/或接收机210可以测量无线网络220的可靠性方面，例如通过彼此发射测试数据包(例如通过试通(Pinging)，因特网上使用的一种技术)。这一点可以定期进行，并且可以适用于RF频带内的任何(RF)子频带。这使控制设备能够监视一定的质量，来监视子频带的可用性(例如，监视是否在使用该子频带和如果不是，是否发生任何干扰)和监视其它方面。网络220的RF子频带的质量方面，诸如在传输中的错误率或者信噪比，可以使用发射机200和/或接收机210测量。通常，优选地为例如视频流式会话使用优于平均质量等级的RF子频带。阻挡发射机200和接收机210之间的直接视野的墙壁和其它物体可以对质量有所影响。
根据例如质量方面和对不可预测干扰源建立模型，可以采用相应对策。所述对策可以包括，但不限于：
采用更强的和/或更精良的纠错方法，
在多于一个RF子频带上(例如通过跳频或者通过使用扩展频谱技术)发射数据包(典型地是流式内容，但不排他，包括多个相对小的数据包)，
多次发射数据包，可能是时分和/或频分的多路复用的，
在接收机210缓冲内容，以便例如当发生多个错误(可能与比实时快的、突发脉冲串能力结合)时，有一些时间来采取相对动作。
这些对策或许需要一定的前提条件，诸如发射机200和/或接收机210中较大的缓冲器和处理装置。
可预测的干扰源240包括一个干扰发射机244。源240的一个例子是一个使用和发射机200使用的同样频带和协议的发射机，例如如在前面的例子中一样的基于802.11b标准的另一个发射机。另一设备使用同一频带，例如当另一个用户像邻居使用相似的无线设备时是可能的。
本发明公开了一种方法来对付可预测的干扰。一种方式是定期监听发射机和接收机可以使用的各种RF子频带。通过这样做，发射机和/或接收机能够预测RF频带中的RF子频带的使用，并根据它的需要请求一个或者多个可靠的RF子频带。本发明人建议一种协议扩展，它允许无线IHDN与一个在其邻近的相似的无线IHDN协商带宽(例如包括一个或者多个子频带)。这种协议扩展需要在诸如基于802.11b标准的协议中实现。协议扩展的开发应该考虑将来的标准发展，这种将来的发展例如通过允许简单的扩展使用同样的RF频带。
使用在前面的段落中说明的技术和方法，发射机200和接收机210的组合能够推断出以什么样的最大位速率可以以可靠方式流式传输内容。甚至可以以动态方式这样做，只要如前所述它监视该无线网络。这允许该组合来使用在传输位速率上可以变化的可靠的数据流。它的优点将在下面的段落中解释。
假定用户希望在接收机210上观看HDTV格式的电影。该电影例如存储在发射机200内的硬盘驱动器上。该电影先前以10Mbs的位速率录制。在来自源230和源240的只有中等干扰的条件下，接收机210能够从发射机200以大于10Mbs的位速率接收数据流。该组合继续监视无线网络，发现在用户请求播放该电影时只有5Mbs的最大可靠传输位速率可用。当这个例子的发射机具有以较低位速率输出数据(在该例中是HDTV格式的电影)的装置时，它将以5Mbs的位速率提供该电影(质量水平显然有点降低)。为这一目的建议允许以可缩放位速率(及由此的质量)传输和/或存储AV内容的音频-视频-压缩方案(例如MPEG4和运动JPEG2000允许这一点)。最晚在初始化传输时，发射机必须知道关于接收机的能力的一些情况。这可能包括了解一个设备的处理能力(例如支持何种编码标准)和接收机的存储能力(例如在需要重新传输视频包的场合允许某种视频缓冲)。还可以使用重编码(也称为代码转换)方案来变换10Mbs位速率为5Mbs位速率，不过这通常需要至少在发射机200中提供硬件和/或软件。当在通过无线网络观看电影的后来阶段，10Mbs的可靠位速率可用时，组合将切换无线传输为全10Mbs。但是如果在终端用户(例如一个孩子家庭成员)对看高分辨率的电影不感兴趣，则接收机确定以降低的位速率传输电影，以便为其它任务节省资源。显然，终端用户的兴趣或概况需要被传送给发射机200。
在再一个例子中，第二接收机250只有有限的屏幕尺寸。接收机250的一个例子是PDA，它可以通过无线网络220显示流式视频。因为发射机可以以高得多的分辨率存储内容，如在先前的例子中的具有10Mbs位速率的电影例如有1920×1024像素的空间分辨率。而PDA将把它的屏幕尺寸例如320×240像素传送给发射机，例如家庭服务器。当终端用户请求在PDA上播放HDTV电影时，家庭服务器将在无线网络220上以降低的分辨率例如320×240像素传输该电影。传输降低了分辨率的电影所需要的位速率现在的大小数量级是400kbps。因此前面清楚地表示出考虑再现(显示)能力和影响要被选择的流式位速率的情形。相对说来，可能要求降低的流式位速率的再现设备的例子是：
只有黑白显示器的无线PDA或视频电话，
无线低端扬声器。
可能影响流式位速率的目的地设备的另一个因素例如是目的地的处理能力。例如，可以给包括MP3和MP3-Pro解码能力的无线音乐流设备提供这样的流，它在流式传输MP3-Pro歌曲时要求较低的位速率。这是与仅提供MP3解码能力的相似设备相当的。
可以影响流式位速率的目的地的再一个因素例如是目的地的存储或缓冲能力。例如，可以是这样一种情况，由于在目的地非常低的缓冲能力而使保证的流式位速率结果是相当低。相反，包括大缓冲能力的目的地可以很好地用于平滑在保证的流式位速率中的变化。这一点是可能的，因为例如保证的流式位速率可能随时间变化。在这一场合，或许最好说平均保证的流式位速率。在另一个例子中，流式位速率可能只降低相对短的一段时期，例如由于一个人走过，他临时挡住传输路径。在目的地设备只包括小缓冲能力的场合，它很可能引起缓冲器用尽。这通常会导致(例如正在流式传输的160kbps的MP3音频)不可接受的中断。通过选择较低的传输位速率，可以依次防止用尽(其代价是例如正在流式传输的80kbps的MP3音频的平均较低的质量)。
当流式传输内容时在选择适当的流式位速率时，用户概况是实现本发明要考虑的另一个因素。例如，热衷高保真度的人在观看某一电影时通常需要高的质量，相反，他的孩子可能十分高兴以低得多的质量并因此有较低的流式位速率观看同一电影。显然，这同样适用于有线和无线网络。
控制设备可以控制内容的传输、有关功能和其它测量，如同本发明所述。控制设备可以嵌入发射机200和/或接收机210中，但是也可以放置在别的地方(由此，例如发射机200和接收机是一个较大的分布式系统的一部分)。
软件应用(SW)可以允许通过数据网络传输流式内容。SW以及它的模块还可以允许其它的相关功能和其它的测量，如同本发明所述。
发射机200和接收机210的组合可以依次又是一个端对端内容交付链和系统的一个较大部分的一部分。这种系统在下一段说明。
图2是本发明的端对端内容交付系统100的功能框图。系统100包括服务/内容提供者102、网关STB 104、用户IO设备106、在提供者102和STB 104之间的链路108和在STB 104和设备106之间的链路110。
提供者102通过到链路108的连接供应内容112。提供者102例如是宽带电缆运营商，直接到户(DTH)卫星运营商或者因特网服务提供者(ISP)。内容112的例子有每次观看付费(ppv)电影或者实况电视广播。链路108的例子有电缆网络、POTS电话/xDSL线、在DTH卫星和带有POTS线作为返回链路的用于卫星接收的抛物面天线之间的无线链路。
STB 104包括DSP 118、存储器116和到链路110的连接。STB104的一个例子是带有PTV功能的消费者数字电缆盒或者家庭网关服务器。DSP 118的一个例子是基于VLIW的AV处理器(诸如Trimedia处理器)，它能够执行诸如传输流去多路转换(TS-demux)和MPEG2编码或代码转换等任务。存储器116的例子有HDD、DVD+RW和闪速存储器。链路110的例子是诸如基于IEEE1394、USB、HPNA、以太网等的有线IHDN，或诸如基于家庭RF、802.11b或蓝牙的无线IHDN。
设备106包括DSP 122、存储器120、显示监视器126和扬声器124。设备106的一个例子是连接到作为链路110的一个例子的IEEE1394的HDTV显示器。DSP 112的例子是基于另一个VLIW的AV处理器，它能够执行诸如结合AV(音频和/或视频)恢复和增强的MPEG2解码的任务。存储器120的例子是SDRAM。显示器126的例子是基于CRT的60”背投TV、46”等离子体显示器和基于LCD的10”便携式WIA(诸如WebPad)。扬声器124的例子是低端2×5瓦功放的扬声器系统或高端2×100瓦环绕声功放扬声器系统。
STB 104和设备106通常，但是不排他地设置在终端用户的房屋中。STB 104位于一个计量柜中，而设备106在用户的起居室中。STB 104和设备106也可以物理上组合为一个组合设备103或者例如由于费用或者方便等原因，它的部件也可以分布。例如，当STB 104和设备106组合成组合设备103时，链路110可以变成更便宜的内部链路，而DSP 118和DSP 122可以成为一个构成整体的便宜的DSP。
根据终端用户概况、用户设置和显示器126的类型，可以使DSP122中的处理适应于提供最优图像质量。根据终端用户的设置和扬声器124的类型，可以使DSP 122中的处理适应于提供最优声音质量。
设备106可以使用链路110通知STB 104它所需要的AV质量和分辨率。设备106还可以包括或者例如从DSP 122分配可以执行声音或者图像改善的处理功率，例如为屏蔽由于施加的压缩算法引起的假象。STB 104依次可以使用例如终端用户概况等之类的信息在存储器116上(通常以压缩格式)有效存储AV。其结果，STB 104在它起PTV功能的例子中可以存储更多的AV，或者可以装备更少的、通常是更便宜的存储器。此外，链路110可以具有较低的带宽类型，或者可以同时与其它目的共享。STB 104可以使用DSP 118使用诸如编码和代码转换技术更有效地存储AV。
设备104可以使用链路108转发它从SBT 104接收的信息给提供者102。链路108可以具有分开的到提供者102的下载路径和返回路径，例如POTS调制解调器作为返回路径和卫星链路作为下载路径。在从提供者到STB 104用于发送内容的路径不具有返回能力的场合，这种返回路径是需要的，例如在DTH(直接入户)卫星传输的场合。在提供者102能够按(例如来自用户，STB 104或者设备106或者任何组合的)请求发送它的内容112的场合，它可以用定制的位速率发送它。在实际中，这多数意味着它将尝试以可能的最低位速率发送它的内容，同时使用户感知的假象在显示的时候最小化。这样做或许将导致一个平均较低的带宽需求和用于系统100的一个较低的系统和运行费用。
虽然本发明是参考它的一定的优选实施例表示和说明的，但是熟悉本技术领域的人将理解，可以进行在形式和细节上的各种改变而背离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围。
结合在这里作为参考的有下述专利文献：
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Claims (15)

1.一种对经由数据网络(220)从发射机(200)流送到接收机(210)的音频视频内容实现传输的方法，其中，所述方法包括步骤：
监视所述数据网络(220)和/或接收机(210)的传送条件，
把传送条件传送到所述发射机(200)；以及
根据传送条件来动态地影响在所述发射机流送的音频视频内容的音频视频位速率，以便在传送条件变差之时降低音频视频位速率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述音频视频位速率是使用代码转换方式而被影响的。
3.一种用于对经由数据网络(220)流送的流式音频视频内容的传输进行控制的控制系统，其中，所述系统包括：
用于监视所述数据网络(220)和/或接收机(210)的传送条件的第一装置；
用于把传送条件传送到所述发射机(200)的传送装置；以及
用于根据传送条件并以动态方式来影响在所述发射机流送的音频视频内容的音频视频位速率以便在传送条件变差之时降低音频视频位速率的第二装置。
4.如权利要求3所述的控制系统，包括用于控制所述数据网络(220)的无线部分的装置。
5.如权利要求4所述的控制系统，其中，第一装置可操作来确定下述至少一项：
信噪比；
传输错误，和
在分配的频谱中空闲子频带的可用性。
6.如权利要求3所述的控制系统，包括用于影响一纠错过程的装置，该纠错过程依赖于网络的传送条件。
7.如权利要求3所述的控制系统，包括用于把下述至少一项传送到发射机(200)的装置：
内容的目的地设备的处理能力；
目的地的存储能力；
目的地的显示能力。
8.如权利要求3所述的控制系统，包括用于把用户概况传送到发射机(200)的装置。
9.一种用于接收由发射机(200)经由数据网络(220)流送的流式音频视频内容的接收机(210)，包括：
用于监视所述数据网络(220)和/或接收机(210)的传送条件的第一装置；和
用于把传送条件传送到所述发射机(200)的传送装置。
10.如权利要求9所述的接收机，供所述数据网络的无线部分使用。
11.如权利要求10所述的接收机，其中，所述第一装置包括下述至少一项：
用于确定信噪比的第三装置；
用于确定传输错误的第四装置，和
用于确定在分配的频谱中空闲子频带的可用性的第五装置。
12.如权利要求9所述的接收机，包括用于根据传送条件来动态地影响纠错过程的第六装置。
13.如权利要求9所述的接收机，包括用于实现把下述至少一个参数传送到发射机(200)的第七装置：
内容的目的地的处理能力；
目的地的存储能力；
目的地的显示能力。
14.如权利要求9所述的接收机，包括用于实现把用户概况传送到发射机(200)的第八装置。
15.一种用于经由数据网络(220)把流式音频视频内容传输到接收机(210)的发射机(200)，包括：
根据传送条件并以动态方式来影响流式音频视频内容的音频视频位速率以便在传送条件变差之时降低音频视频位速率的装置，所述传送条件由所述接收机(210)传送到所述发射机(200)。
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