CN1509027A - 用于在分组信道上的多媒体通信的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种提供在分组信道上的通信的方法和设备，包括将一个前向纠错(FEC)码应用到第一组数据分组，以便通过将一组奇偶校验分组补充到所述第一组数据分组上而建立被编码的一组分组；并且发送所述第一组数据分组，并且在所述第一组数据分组被发送之后发送所述一组对应的奇偶校验分组。响应于接收到对应于所述第一组分组的肯定确认而停止发送对应于所述第一组分组的奇偶校验分组，并且发送依赖于所述第一组数据分组的第二组数据分组。响应于没有接收到确认而不发送所述第二组数据分组并且继续发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组。

Description

用于在分组信道上的多媒体通信的方法和设备
技术领域
本发明的一个或多个实施例总体上涉及通信领域。更具体而言，本发明的一个或多个实施例涉及在分组信道上通信的方法和设备。
背景技术
为了分发和存储多媒体数据，多媒体数据被通过通信信道传输。多媒体数据主要是指音频和视觉数据，但是也可以包括其它类型的数据。信道通常象在无线信道的情况中那样易受噪音和干扰的影响，并且象在有线互连网的情况中那样易受拥塞的影响，这二者都导致传输过程中的数据丢失。
有两种方法可以用来抗击传输过程中的数据丢失。前向纠错(FEC)方法通过补充一个奇偶校验数据而将由来自一个有限字母表的符号序列表示的数据消息转换成为另一个符号序列，以便保证如果一个码字的成分被改变在某个指定的阈值之下，则原始数据通常能够被无损失地提取。因此，FEC通过增加要被发送的数据量来提供错误恢复力。FEC不需要一个返回信道并且通常不适应信道的当前状态。然而，FEC不保证数据会无错误地到达接收机。为了解决这个问题，需要一种容忍很少错误的实现某种形式的对于数据的重复请求的更高级协议。可替代地，在多媒体通信中，延迟需求通常比无差错传输需求占优势，使得无差错传输的优先级更低。
基本的自动重复请求(ARQ)是有助于健壮数据通信的替代方案。AQR通过将数据分割成分组并且将一个特殊的纠错序列附加到每个分组用于错误检测来进行操作。数据分组和错误检查被在信道上传送并且接收机通过计算检查序列以及将所计算的检查序列与所附加的纠错序列相比较来决定是否出现一个传输错误。如果发现一个差异，则宣称所述错误，并且接收机通过发送一个否定确认信号来请求发送机使用返回信道来重新发送分组。如果没有发现差异，则接收机发送一个肯定确认信号到发送机。为了改变发送机的错误，ARQ需要双向通信信道存在。反向信道通常使用与前向信道相同的物理介质，因为控制信息的重传和通信，实际上扩展了数据尺寸。FEC与ARQ之间的差别是ARQ本质上是信道自适应的，这是因为只有丢失的分组被重传，而FEC典型地为所有分组添加开销。然而，由于往返行程传播时间以及处理时间，ARQ会引入显著的延迟。后一个条件显著限制了ARQ被应用于多媒体通信。
附图说明
图1是说明根据本发明一个实施例的数据分组传输的框图。
图2是一个实施例的一组分组的框图。
图3说明分开的各组分组的相互依赖性。
图4中的流程图描述了根据一个实施例的在分组信道上的通信方法。
图5是根据一个实施例传输数据分组的系统的框图。
具体实施方式
这里描述的方法和设备提供了一种用于在分组信道上通信的新技术。根据一个实施例，这里描述的方法和设备包括一个FEC和AQR部分(可以被称作混合自动重复请求(HARQ))，并且特别是用于调度相互依赖的数据分组的传输的技术。
图1示出了根据一个实施例的传输分组的示范图。数据110被分组化成为一组分组(GOP)120。在一个实施例中，GOP的尺寸和分组尺寸是由所使用的通信网以及由数据被用于的应用的需求来确定的。例如，一个较大的分组尺寸会减少由传送协议的头所带来的开销。另一方面，较大的分组尺寸还会导致在高错误率环境中的增加的延迟以及无效率。恰当的FEC码被应用于GOP以便产生每个GOP的希望数量的奇偶校验分组130。GOP分组与奇偶校验分组一起构成被编码的GOP(CGOP)。在一个实施例中，奇偶校验分组的数量被根据可容忍延迟、可用带宽和/或信道统计数字来选择。还可以考虑附加的需要考虑的事项。奇偶校验分组(这里也称作冗余分组)被产生，以便它们能够利用减少开销来代替丢失的分组。在一个实施例中，奇偶校验分组可以包括原始数据。数据和奇偶校验分组可以含有可能以头形式的用于整个系统控制和操作的额外信息。在一个实施例中，GOP号、分组号、FEC参数和/或分组尺寸可以被包括在分组中。
在一个实施例中，使用系统里德-所罗门(RS)码来产生奇偶校验分组，其中奇偶校验分组的数量与这些奇偶校验分组替代的数据分组的数量相同，以便数据能够被无损地解码。其它合适的FEC信道码也可以被用于产生奇偶校验分组，例如托那多(Tornado)码。
在数据被分组化和FEC编码之后，数据被从发送机140发送到接收机150。接收机确定发送数据是否能够被解码160。如果数据能够被解码160，则一个确认被发送到发送机，该发送机在响应于终止对于当前CGOP的任何进一步奇偶校验的发送170。然后，所述发送被解码180并且被发送到用户190。
这里描述的技术可以被用于包括有线(IP)网、蜂窝分组数据网、无线LAN、电力和电话线网以及许多专用非标准基于分组的网络的网络上的健壮多媒体通信。
图2示出了根据一个实施例的数据和奇偶校验分组传输顺序。首先，当前CGOP的数据分组210被发送到接收机。数据分组可以被与来自其它CGOP的数据、奇偶校验分组或者这二者220进行交织。然后，对应于当前CGOP的奇偶校验分组230被发送，直到来自接收机的确认到达240或者直到最大预定量的奇偶校验分组被到达或者超过250。在一个实施例中，在当前CGOP的奇偶校验分组之前，该当前CGOP的数据分组被发送。结果，当没有来自当前CGOP的分组被丢失时，数据传输以及处理开销可以被减少。在一个实施例中，来自不同CGOP的分组能够被交织，以便给予接收机足够的时间来处理和发送确认到发送机。
在一个实施例中，接收机实现GOP确认协议，当接收机能够解码GOP数据时，接收机发送一个确认到发送机。接收机通过不发送确认到发送机来隐含地请求更多的奇偶校验。接收机可以为同一GOP发送多个确认。当接收机怀疑第一个确认被(或者能够被)在返回信道上丢失时，可以使用多个确认。
在使用RS编码的实施例中，当正确接收的分组的数量等于原始数据分组的数量时，可以发送确认。在一个实施例中，在实际解码发生之前来发送确认，以便减少整体等待时间。如果所有数据分组无差错地到达，则不需要解码并且数据能够被直接传送到用户应用。
在使用托那多编码的实施例中，当正确接收的分组的数量等于原始数据分组的数量乘以大于一的某个预定常数时，可以发送确认。利用计算机模拟来确定后面的常数以便提供某个希望的正确解码的概率并且为每个托那多编码确定所述常数。如果所有数据分组无差错地到达，则不需要解码并且数据能够被直接发送到用户应用。
若干其它确认机制与这个系统是兼容的。在一个实施例中，确认分组包括CGOP号，但是也可以含有附加信息。附加信息可以采用到服务器的控制消息、信道统计数字和/或其它信息的形式。在返回信道上出现诸如分组擦除的错误的情况下，发送机简单地发送算法允许的最大数量的分组并且继续下一个GOP。在一个实施例中，如果在所有奇偶校验被发送之后，数据仍然不能被解码，则发送机继续发送下一个GOP。在一个使用延迟敏感的多媒体信息的实施例中，递送时间被设定上限，以便所建议的解决方案能够被无需添加附加错误解决机制的情况下来使用。
在一个实施例中，数据分组与奇偶校验分组的调度被用来构成单独的GOP之间的相互依赖性。例如，考虑GOP“B”的多媒体单元依赖于GOP“A”的情况。需要GOP“A”的成功解码来解码和呈现GOP“B”。例如在MPEG(运动图像专家组)1/2/4-编码的视频中，P(预测)帧被使用相应的I(帧内)帧进行解码以便预测。如果I帧数据被丢失，则解码对应于依赖的P帧的比特流是价值很低的。
图3是说明作为依赖的数据单元的集合的示范数据模型。如图3中的依赖关系图所示，GOP“B”302依赖于GOP“A”304，并且GOP “D”306和GOP“C”308依赖于GOP“A”和GOP “B”。
在一个实施例中，为了构成单独的GOP之间的相关性，依赖于先前发送的GOP的一个GOP的数据分组不被发送，直到一个确认被接收到为止，所述确认表明先前发送的GOP已经被成功接收和解码(或者可替代地被接收算法确定)。
在一个实施例中，直到一个表明先前发送的GOP已经被成功接收和解码的确认被接收到，对于先前发送的GOP的奇偶校验分组继续被发送，直到所有奇偶校验分组(或者可替代地预定的最大数量的奇偶校验分组)已经被发送或者确认已经被接收到为止。在一个实施例中，如果对于先前发送的GOP的所有奇偶校验分组都已经被发送并且确认还没有被接收到，则依赖于先前发送的GOP的GOP被丢弃并且不被发送。
此外，为了有效地利用信道带宽，在一个实施例中，可以在发送对于依赖的GOP的数据分组之前发送来自独立于一个先前发送的GOP的一个或多个独立的GOP的数据和/或奇偶校验分组。可替代地，当发送一个GOP时，来自独立的GOP的数据和/或奇偶校验分组可以被交织。
此外，在一个实施例中，对于独立GOP的数据和/或奇偶校验分组被调度，以便允许经过足够的时间用于接收机进行接收、处理(例如尝试解码)以及发送确认到发送机(在其它情况中称作确认传播时间)。例如，当调度第一GOP时，在发送依赖于第一GOP的任何数据分组之前，调度器调度/发送独立于第一GOP的GOP的足够的数据/奇偶校验分组，以便允许第一GOP的接收机来接收、处理和发送确认到发送机。
图4说明了流程图400，它描述了根据一个实施例在分组信道上的通信方法。在过程块402中，一个发送代理将一个前向纠错码应用到第一组数据分组以便通过建立一组对应于所述第一组分组的奇偶校验分组来建立被编码的一组分组。
在过程块404中，发送代理发送第一组数据分组，并且在数据分组被发送之后开始发送一组相应的奇偶校验分组。在块406中，发送代理确定是否已经接收到对应于第一组分组的肯定确认(ack)。如果接收到了肯定确认，则在过程块408中，发送代理停止发送对应于第一组分组的奇偶校验分组，并且发送依赖于第一组数据分组的第二组数据分组。如果没有接收到肯定确认，则在过程块410中，发送代理不发送依赖于第一组数据分组的第二组数据分组，并且继续发送对应于第一组数据分组的奇偶校验分组。
图5说明根据本发明的一个实施例用于在IP网络上流式传输多媒体数据的框图。多媒体数据510由音频和/或视频数据构成，并且被以压缩或者未压缩形式存储在服务器520中。一个应用程序接口(API)521被用于编码或者译码媒体数据并且将它存储在内部编码器缓存器522中。在一个实施例中，编码器可以服从运动图像专家组(MPEG)或者其它视频和音频编码标准。在一个实施例中，分组化和FEC编码块523建立数据和奇偶校验分组。分组化的数据和奇偶校验被存储在内部分组缓存器524中。API还可以提供类似于编码器缓存器的管理功能。特别地，输入/输出(I/O)块525能够在分组的基础上随机地访问分组缓存器中的数据。API可以提供I/O需要的关于分组内容的其它附加信息。I/O块525执行网络上的分组递送并且提供服务器与客户之间用于ACK传输的控制链路。在一个实施例中，服务器由服务器控制526来控制。
在客户端540，来自网络530的数据被I/O块541接收并且被放置在分组缓存器542中。I/O块还负责在客户控制543的方向中将ACK发送回服务器侧。去分组化(depacketizing)和FEC解码块544处理来自分组缓存器542的数据。去分组化和FEC解码块544负责校正数据分组擦除并且以能够被处理的形式来呈现多媒体被编码数据。已压缩的多媒体数据被传送到API545以便通过解码缓存器546进行解码过程。API解压缩可以被输出到显示器550的多媒体数据。客户控制543管理I/O541、去分组化器(depacketizer)和FEC544以及API545之间的数据流，并且控制到接收机的ACK和其它通信。
上述技术可以被存储在计算机系统(例如机顶盒、录像机等)的存储器中作为一组要被执行的指令。此外，执行上述方法的指令可替代地能够被存储在其它形式的机器可访问介质中，包括磁盘和光盘。例如，所描述的技术的方法可以被存储在机器可访问介质中，例如磁盘或光盘，它们是能够被通过磁盘驱动器(或者计算机可读介质驱动器)访问。此外，可以用被编译和链接的版本的形式通过数据网络将指令下载到计算设备。
可替代地，执行上述技术的逻辑可以被实现在附加的计算机和/或机器可访问介质中，诸如作为大规模集成电路(LSI)的离散硬件部件、特定用途集成电路(ASIC)、诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的固件；以及电、光、声和其它形式的被传播信号(例如载波、红外信号、数字信号等)；等。
尽管以上参考特定的示范实施例描述了本发明，但是在不偏离本发明更宽的精神和范围的情况下，显然可以对于这些实施例做出各种修改和改变。因此，说明书和附图应当被认为是说明性而不是限制性的。

Claims (26)

1.一种方法，包括：
将一个前向纠错(FEC)码应用到第一组数据分组，以便建立对应于该第一组数据分组的一组奇偶校验分组；
发送所述第一组数据分组，并且在所述第一组数据分组被发送之后发送所述一组对应的奇偶校验分组；以及
响应于接收到对应于所述第一组分组的肯定确认而停止发送对应于所述第一组分组的奇偶校验分组，并且发送依赖于所述第一组数据分组的第二组数据分组；以及
响应于没有接收到所述确认而不发送所述第二组数据分组并且继续发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中响应于没有接收到所述确认而继续发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组包括继续所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组都被发送。
3.根据权利要求2所述的方法，其中响应于已经发送了所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组并且没有接收到所述确认而丢弃并且不发送所述第二组数据分组。
4.根据权利要求1所述的方法，其中发送所述第一组数据分组包括将所述第一组数据分组与第三组数据分组交织，该第三组数据分组不依赖于所述第一组数据分组。
5.根据权利要求1所述的方法，其中发送所述第一组数据分组包括将所述第一组数据分组与对应于独立的一组数据分组的奇偶校验分组交织。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在单独的一组数据分组被发送之后发送对应于所述第一组数据分组的所述一组奇偶校验分组，其中发送所述单独的一组数据分组的时间周期等于或者大于一个预定的时间周期。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述预定的时间周期等于或者大于接收对应于所述第一组数据分组的肯定确认的预测的传播时间。
8.一种方法，包括：
将一个前向纠错码应用到第一和第二组数据分组，以便建立对应于所述第一和第二组数据分组的一组奇偶校验分组，所述第二组数据分组不依赖于所述第一组数据分组；
发送所述第一和第二组数据分组，并且在数据分组被发送之后发送所述一组对应的奇偶校验分组；
响应于接收到对应于所述第一组数据分组的肯定确认而停止发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组并且发送依赖于所述第一组数据分组的第三组数据分组；以及
响应于没有接收到所述确认而不发送所述第三组数据分组并且继续发送所述奇偶校验分组。
9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于没有接收到所述确认而继续发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组包括直到所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组都被发送。
10.根据权利要求9所述的方法，其中响应于已经发送了所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组并且没有接收到所述确认而丢弃并且不发送所述第三组数据分组。
11.根据权利要求8所述的方法，其中发送所述第一组数据分组包括将所述第一组数据分组与所述第二组数据分组交织。
12.根据权利要求8所述的方法，其中发送所述第一组数据分组包括将所述第一组数据分组与对应于独立的一组数据分组的奇偶校验分组交织。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述第二组分组被发送之后发送对应于所述第一组数据分组的所述一组奇偶校验分组，其中发送所述第二组分组的时间周期等于或者大于一个预定的时间周期。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述预定的时间周期等于或者大于接收对应于所述第一组数据分组的肯定确认的预测的传播时间。
15.一种系统，包括：
一个编码器，用于将一个前向纠错(FEC)码应用到第一组数据分组，以便建立对应于该第一组数据分组的一组奇偶校验分组；
一个发送机，用于发送所述第一组数据分组，并且在发送所述第一组数据分组之后发送所述一组奇偶校验分组；
所述发送机响应于接收到对应于所述第一组分组的肯定确认而停止发送对应于所述第一组分组的奇偶校验分组，并且开始发送依赖于所述第一组数据分组的第二组数据分组；以及
所述发送机响应于没有接收到所述对于所述第一组数据分组的确认而继续发送对应于所述第一组分组的奇偶校验分组。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述发送机响应于没有接收到所述确认而继续发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组，直到所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组都被发送为止。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述发送机响应于已经发送了所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组并且没有接收到所述确认而丢弃并且不发送所述第二组数据分组。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述发送机通过将所述第一组数据分组与第三组数据分组交织并且该第三组数据分组不依赖于所述第一组数据分组来发送所述第一组数据分组。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述发送机通过将所述第一组数据分组与对应于独立的一组数据分组的奇偶校验分组交织来发送所述第一组数据分组。
20.一种提供指令的机器可访问介质，所述指令由机器执行时将促使所述机器执行以下操作：
将一个前向纠错(FEC)码应用到第一组数据分组，以便建立对应于该第一组数据分组的一组奇偶校验分组；
发送所述第一组数据分组，并且在所述第一组数据分组被发送之后发送所述一组对应的奇偶校验分组；以及
响应于接收到对应于所述第一组分组的肯定确认而停止发送奇偶校验分组，并且发送依赖于所述第一组数据分组的第二组数据分组；以及
响应于没有接收到所述确认而不发送所述第二组数据分组并且继续发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组。
21.根据权利要求20所述的方法，其中响应于没有接收到所述确认，还包括用于继续发送对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组直到所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组都被发送为止的指令。
22.根据权利要求21所述的方法，其中响应于已经发送了所有对应于所述第一组数据分组的奇偶校验分组并且没有接收到所述确认，还包括用于丢弃并且不发送所述第二组数据分组的指令。
23.根据权利要求20所述的方法，其中发送所述第一组数据分组还包括用于将所述第一组数据分组与第三组数据分组交织的指令，其中该第三组数据分组不依赖于所述第一组数据分组。
24.根据权利要求20所述的方法，其中发送所述第一组数据分组还包括用于将所述第一组数据分组与对应于独立的一组数据分组的奇偶校验分组交织的指令。
25.根据权利要求20所述的方法，还包括用于在单独的一组数据分组被发送之后发送对应于所述第一组数据分组的所述一组奇偶校验分组的指令，其中发送所述单独的一组数据分组的时间周期等于或者大于一个预定的时间周期。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述预定的时间周期等于或者大于接收对应于所述第一组数据分组的肯定确认的预测的传播时间。
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