CN1360775A - 发射和接收多媒体数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种在无线发射/接收系统中经无线数据包用于发射/接收包括视频数据的多媒体数据的装置及其方法。该方法包括对一个源数据包或多个源数据包执行非均匀错误保护的步骤。根据本发明,通过对源数据包的非均匀错误保护,可以增加多媒体数据(尤其是视频数据)的错误复原能力,而不改变在传统的诸如H.323的数据包网络中的发射/接收协议的堆栈。

Description

发射和接收多媒体数据的方法和装置
                        技术领域
本发明涉及无线电发射/接收系统，尤其涉及在无线电发射/接收系统中用于通过无线数据包发射/接收包括视频数据的多媒体数据的装置及其方法。
                        背景技术
通常，H.323协议是国际电联的电信组(ITU-T，InternationalTelecommunications Union)的优先协议，用于在服务质量(QoS)不能保证的通信环境中的视频会议，诸如基于互联网的传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)和用户数据报协议(UDP)。
参考图1，视频包化器(packetizer)110和音频包化器120执行源编码(source-encoding)和生成视频数据和音频数据的数据包。实时传输协议(RTP)层130在视频数据和音频数据的数据包中插入时标(time stamp)，并通过结合分别在视频包化器110和音频包化器120中生成的视频数据包和音频数据包而生成RTP数据包。RTP层130提供诸如数据类型的识别、序列号码的检查、内部时标的传输和数据传输的监视等的功能。这里，如图2所示，RTP层130的首标包括杂项(MISC)字段、序列号码字段、时标字段、同步源(SSRC)识别符和贡献源(contributing source)(CSRC)识别符。这里，MISC字段是16比特字段，包括版本、填充(padding)、扩展名(extension)、CSRC计数、标记(marker)和有效负载(payload)类型信息。用户数据报协议(UDP)层160将在RTP层130中生成的RTP数据包和从H.225控制单元140产生的H.225控制信号混合。通过使用从H.225控制单元140产生的H.225控制信号和从H.245控制单元150产生的H.245媒体控制信号，传输控制协议(TCP)层170生成要被再传输的TCP数据包。互联网协议(IP)层180通过使用在UDP层160中生成的UDP数据包和在TCP层170中生成的TCP数据包来生成IP数据包。
然而，在图1所示的H.323中，在由视频包化器110和音频包化器120形成的源包化器和RTP层130之间没有错误复原(error-resilient)层，首标具有图2所示的RTP层130中的结构。
结果是，当没有错误保护能力(其对源包化器(或源编解码层)是鲁棒的)时，在诸如无线环境的易于发生错误的环境中会发生数据包损失。
传统的诸如卷积编码和博斯-乔赫里-霍克文黑姆(bose-chaudhuri-hocquenghem)(BCH)的前向纠错(FEC)方案仅在物理层中实施，由于复杂性，FEC方案很难在RTP层之前的层中实施。
                         发明内容
为了解决上面的问题，本发明的一个目的是提供一种用于发射和接收多媒体数据的方法，其中通过对源数据包的非均匀错误保护，可以改进错误复原。
本发明的另一个目的是提供一种用于发射和接收多媒体数据的装置，其中应用了所述的用于发射和接收多媒体数据的方法。
相应地，为了实现该目的，根据本发明的一个方面，提供了一种在无线数据包网络中的多媒体数据发射或/和接收系统中用于发射多媒体数据的方法。该方法包括以下步骤：(a)包化源数据；和(b)对在步骤(a)中包化的一个源数据包或多个源数据包执行非均匀错误保护。
最好是，在步骤(b)中冗余信息被加入一个数据包或多个源数据包的全部中。
最好是，在步骤(b)中冗余信息被加入一个数据包或多个源数据包的一部分。
最好是，在步骤(b)中冗余信息被加入一个数据包或多个源数据包的一部分或多个部分。
为了实现该目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种在无线数据包网络中的多媒体数据发射或/和接收系统中用于发射多媒体数据的方法。该方法包括以下步骤：(a)包化源数据；和(b)形成对在步骤(a)中包化的一个源数据包或多个源数据包进行非均匀错误保护的有效负载的RTP数据包和任意的RTP首标。
为了实现该目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种在用于接收加入了错误保护数据包的RTP数据包的多媒体数据接收系统中用于接收多媒体数据的方法，所述错误保护数据包对一个源数据包或多个源数据包进行非均匀错误保护。该方法包括以下步骤：(a)通过在所述无线数据包网络中的预定传输协议来接收RTP数据包，并检查所接收的RTP数据包的号码；(b)参考在步骤(a)中接收的所述RTP数据包的首标中的有效负载类型，当所述RTP数据包对应于所述错误保护数据包时，检测用于错误保护编码的RTP数据包的号码；(c)通过比较在步骤(a)中检查的RTP数据包的号码和在步骤(b)中检测的RTP数据包的号码，确定丢失的数据包的号码；和(d)通过参考在步骤(c)中检测的丢失的数据包的号码，恢复尚未接收的RTP数据包。
为了实现另一个目的，根据本发明的一个方面，提供了一种在无线数据包网络中的多媒体数据发射或/和接收系统中用于发射多媒体数据的装置。该装置包括源包化单元，用于包化多媒体数据；RTP层单元，用于在多媒体数据的数据包中插入时标和用于通过结合在所述源包化单元中生成的多媒体数据的数据包而生成实时传输协议(RTP)数据包；和纠错单元，用于将非均匀冗余信息加入一个多媒体数据包或多个多媒体数据包，所述一个多媒体数据包或多个多媒体数据包在所述源包化单元和所述RTP层单元之间或在所述RTP层单元中被包化。
为了实现另一个目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种在用于接收RTP数据包的多媒体数据接收系统中用于接收多媒体数据的装置，其中用于非均匀地错误保护一个源数据包或多个源数据包的冗余信息被加入所述RTP数据包。该装置包括：用于通过在所述无线数据包网络中的预定传输协议来接收多媒体RTP数据包的单元；和用于基于冗余信息来校正在信道中发生的比特错误的单元，所述冗余信息被非均匀地加入所接收的多媒体RTP数据包。
                    附图的简要说明
图1是H.323协议的详细方框图；
图2是图1的实时传输协议(RTP)的首标的方框图；
图3图示了根据本发明的用于发射多媒体数据的协议的结构；
图4是图示根据本发明的用于发射多媒体数据的方法的流程图；
图5A到5C图示了根据本发明的非均匀错误保护方法的实施例；
图6A到6D是图5A到5C的前向错误保护(FEC)数据包的格式图；
图7是图示根据本发明的用于接收多媒体数据的方法的流程图；和
图8图示了实施根据本发明的用于接收多媒体数据的方法的通信系统。
                  实施本发明的最佳模式
参考图3，用于发射新多媒体数据的协议，在包括传统的视频包化器310和音频包化器320的源包化器和实时传输协议(RTP)层350之间，分别插入了第一错误保护层330和第二错误保护层340。
第一错误保护层330和第二错误保护层340生成前向纠错(FEC)数据包，即对在视频包化器310和音频包化器320中被包化的一个视频或音频包化器或多个视频或音频包化器执行非均匀(uneven)错误保护的结果。
参考图4，首先，视频包化器310和音频包化器320分别生成视频数据数据包和音频数据数据包(步骤410)。
接着，第一和第二错误保护层330和340对所生成的视频数据数据包和音频数据数据包执行非均匀错误保护(步骤420)。即，被非均匀错误保护的FEC数据包被加入许多(N个)视频数据数据包和音频数据数据包。
接着，RTP层350在每个数据包中插入时标，并通过结合视频数据数据包和音频数据数据包来生成RTP数据包(步骤430)。
在另一个优选实施例中，用于发射新多媒体数据的协议可以将FEC数据包、针对源数据包其被非均匀错误保护加到RTP层的上层，在RTP层中，RTP数据包可以由加入FEC数据包、针对任意的RTP首标和源数据包其被非均匀错误保护的有效负载形成。
参考图5A，当N个视频和音频数据数据包(数据包1、数据包2、数据包3和数据包4)被彼此结合，生成为RTP数据包时，对应于长度L的冗余的FEC数据包被加入RTP数据包，用于对所有数据包(数据包1、数据包2、数据包3和数据包4)的错误保护。
这里，N和L是系统决定的，冗余可以是对应于错误检查或错误保护的逐比特异或(XOR)和Reed-Solomon代码。
参考图5B，当N个视频和音频数据数据包(数据包1、数据包2、数据包3和数据包4)被彼此结合，生成为RTP数据包时，对应于长度L的冗余的FEC数据包被加入RTP数据包，针对重要的部分(例如，首标信息)，而不是对所有数据包(数据包1、数据包2、数据包3和数据包4)的错误保护。
参考图5C，当N(N1+N2)个视频和音频数据数据包(数据包1、数据包2、数据包3和数据包4)被彼此结合，生成为RTP数据包时，对应于长度L1和L2的冗余的FEC数据包1和FEC数据包2被加入RTP数据包，针对一个数据包(数据包1、数据包2、数据包3和数据包4)或多个数据包N1和N2的可分割的部分。这里，N1、N2、L1和L2是系统决定的。而且，可分割的部分可以是首标信息的分组或在MPEG-4视频和H.263中使用数据划分(partition)时的运动矢量。
在另一个实施例中，当N个视频和音频数据数据包(数据包1、数据包2、数据包3和数据包4)被彼此结合，生成为RTP数据包时，冗余信息可以不同地被加入RTP数据包，针对一个源数据包或多个数据包的具有不同重要性的句法(syntax)。
当所生成的RTP数据包被解码时，接受方可以基于冗余信息校正在信道中发生的比特错误，所述冗余信息被非均匀地加入多媒体RTP数据包，该RTP数据包通过预定协议被接收。
参考图6A，FEC数据包包括RTP首标、FEC首标、第一非均匀级保护(ULP，uneven level protection)层首标“ULP layer 1 header”、第一ULP层有效负载“ULP layer 1 payload”、第二ULP层首标“ULP layer 2 header”和第二ULP层有效负载“ULP layer 2 payload”。图6B是图6A的FEC首标的格式图。识别FEC数据包的有效负载类型(PT)和对应于RTP数据包的号码的序列号码SN被存储在RTP首标中。第一和第二ULP层包括保护级信息和FEC数据包的长度L1和L2的有效负载。
图6B的FEC首标具有总共12字节，包括序列号码基字段(SN基)，对应于在FEC数据包中使用的第一RTP数据包的序列号码；长度恢复字段(长度恢复)；扩展字段(E)；有效负载类型恢复字段(PT恢复)；表征码(mask)字段(表征码)，用于指示在FEC数据包中使用的数据包；和时标恢复字段(TS恢复)。
参考图6C，第一ULP层首标“ULP layer 1 header”包括16比特保护长度字段。
参考图6D，第二ULP层首标“ULP layer 2 header”包括总共16比特保护长度字段和24比特表征码字段。
参考图7，接收器接收RTP数据包，并发射RTP数据包到上层，在缓冲器中存储同一RTP数据包的内容。而且，接收器在接收FEC数据包之前在缓冲器中存储所接收的RTP数据包。
首先，RTP数据包被接收，所接收的RTP数据包的序列号被检查(步骤710)。这里，所接收的RTP数据包的序列号被记录在单独的存储器位置。
接着，通过参考在所接收的RTP数据包的首标中的有效负载类型(PT)，确定是否RTP数据包是FEC数据包(步骤720)。
接着，当在步骤S720中RTP数据包是FEC数据包时，通过参考FEC首标的SN基字段和表征码字段，在FEC数据包中使用的RTP序列号被检测(步骤730)。对于FEC数据包由多于两个的ULP层形成的情况，通过参考包含在每个ULP层中的首标中的表征码字段，在对应的ULP层中使用的RTP序列号被检测(步骤730)。
接着，通过比较在单独的存储器中记录的RTP序列号和在FEC数据包中使用的RTP序列号，对应于丢失的RTP数据包的序列号被检测(步骤740)。例如，当在存储器中记录的RTP序列号是1、2和4，而在FEC数据包中使用的RTP序列号是1、2、3和4时，丢失的RTP序列号是3。
接着，通过参考丢失的RTP序列号，尚未接收的第三个RTP数据包被恢复(步骤750)。即，由第一ULP层有效负载和接收的RTP数据包来恢复尚未接收的RTP数据包。对于在FEC数据包中有多于两个的ULP首标的情况，通过参考每个ULP层有效负载来恢复尚未接收的RTP数据包。而且，通过使用被XOR或RS解码的FEC数据包和在FEC数据包中使用的RTP数据包，尚未接收的RTP数据包被XOR或RS解码。
这些步骤被重复，直到RTP数据包的接收完成(步骤760)。
参考图8，为了提供RTP数据包，提供了具有在客户C和服务器S之间的一个信道的点对点连接或具有在客户C和服务器S之间的多个信道的多点传送连接。即，采用点对点连接的服务器S发射RTP数据包和FEC数据包到客户C。这里，当客户C没有接收FEC数据包的功能时，FEC数据包被抛弃。采用多点传送连接的服务器S经独立的信道分别发射RTP数据包和FEC数据包到客户C。
上面的编码和解码方法可以以计算机程序来实施。由本领域的熟练计算机程序员，可以容易地推想出包含该程序的代码或代码段。而且，该程序可以在计算机中使用的介质中和运行该程序的公共数字计算机中实现。该程序可以被存储在计算机可读介质中。该介质可以包括诸如软盘或硬盘的磁介质和诸如CD-ROM或数字视频盘(DVD)的光介质。而且，该程序可以由诸如互联网的载波被发射。
尽管已经参考其优选实施例具体示出和描述了本发明，但是，本领域的技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种改变。
工业实用性
如上所述，通过对源数据包的非均匀错误保护，可以增加多媒体数据(尤其是视频数据)的错误复原能力，而不改变在传统的诸如H.323的数据包网络中的发射/接收协议的堆栈。

Claims (17)

1.一种在无线数据包网络中的多媒体数据发射或/和接收系统中用于发射多媒体数据的方法，包括以下步骤：
(a)包化源数据；和
(b)对在步骤(a)中包化的一个源数据包或多个源数据包执行非均匀错误保护。
2.如权利要求1所述的方法，其中在到达实时传输协议(RTP)层之前的一个层中执行所述步骤(a)。
3.一种在无线数据包网络中的多媒体数据发射和接收系统中用于发射多媒体数据的方法，包括以下步骤：
(a)包化源数据；和
(b)形成对在步骤(a)中包化的一个源数据包或多个源数据包进行非均匀错误保护的有效负载的RTP数据包和任意的RTP首标。
4.如权利要求1或3所述的方法，其中在步骤(b)中冗余信息被加入一个数据包或多个源数据包的全部中。
5.如权利要求1或3所述的方法，其中在步骤(b)中冗余信息被加入一个数据包或多个源数据包的一部分。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述源数据包的部分是每个数据包的首标信息。
7.如权利要求1或3所述的方法，其中在步骤(b)中冗余信息被不同地加入一个源数据包或多个源数据包的具有不同重要性的句法。
8.如权利要求1或3所述的方法，其中在步骤(b)中冗余信息被加入一个数据包或多个源数据包的一部分或多个部分。
9.如权利要求4到8之一所述的方法，其中所述冗余信息是前向纠错(FEC)。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述FEC是“异或”(XOR)或Reed-Solomon代码之一。
11.一种在无线数据包网络中的多媒体数据发射或/和接收系统中用于发射多媒体数据的装置，包括：
源包化单元，用于包化多媒体数据；
RTP层单元，用于在多媒体数据的数据包中插入时标和用于通过结合在所述源包化单元中生成的多媒体数据的数据包而生成实时传输协议(RTP)数据包；和
错误保护单元，用于将非均匀冗余信息加入一个多媒体数据包或多个多媒体数据包，所述一个多媒体数据包或多个多媒体数据包在所述源包化单元和所述RTP层单元之间或在所述RTP层单元中被包化。
12.一种在用于接收RTP数据包的多媒体数据接收系统中用于接收多媒体数据的装置，其中用于非均匀地错误保护一个源数据包或多个源数据包的冗余信息被加入所述RTP数据包，该装置包括：
用于通过在所述无线数据包网络中的预定传输协议来接收多媒体RTP数据包的单元；和
用于基于冗余信息来校正在信道中发生的比特错误的单元，所述冗余信息被非均匀地加入所接收的多媒体RTP数据包。
13.一种在用于接收加入了错误保护数据包的RTP数据包的多媒体数据接收系统中用于接收多媒体数据的方法，相对于一个源数据包或多个源数据包对所述错误保护数据包进行非均匀错误保护，该方法包括以下步骤：
(a)通过在所述无线数据包网络中的预定传输协议来接收RTP数据包，并检查所接收的RTP数据包的号码；
(b)参考在步骤(a)中接收的所述RTP数据包的首标中的有效负载类型，当所述RTP数据包对应于所述错误保护数据包时，检测用于错误保护编码的RTP数据包的号码；
(c)通过比较在步骤(a)中检查的RTP数据包的号码和在步骤(b)中检测的RTP数据包的号码，确定丢失的数据包的号码；和
(d)通过参考在步骤(c)中检测的丢失的数据包的号码，恢复尚未接收的RTP数据包。
14.如权利要求13所述的方法，其中通过参考在所述错误保护数据包的首标中设置的序列号码字段和表征码字段，检测在步骤(b)中的用于错误保护编码的RTP数据包的号码。
15.如权利要求13所述的方法，其中在步骤(d)中，由设置在所述错误保护数据包和在步骤(a)中所接收的RTP数据包中的保护级层的有效负载，来恢复尚未接收的RTP数据包。
16.如权利要求13所述的方法，其中在步骤(d)中，对于在所述错误保护数据包中有多于两个保护级层的首标的情况，通过参考每个有效负载，来恢复尚未接收的RTP数据包。
17.如权利要求15或16所述的方法，其中在步骤(d)中，通过XOR或RS解码之一，来接收尚未接收的RTP数据包。
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