CN1717038A - 采用对偶网络模式的增强的视频传输 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3G网络环境下的视频数据发送方法和系统，该方法包括以下计算机执行程序：(1)确定采用包括至少一电路交换网络和至少一分组交换网络的组合网络来发送第一组视频帧是否满足标准；(2)如果满足该标准，则动态计算通过该组合网络将该第一组视频帧发送至被呼叫终端的最优发送方式。本发明通过采用电路交换网络和分组交换网络的组合网络以及基于传输反馈、网络状态和服务质量参数的发送方式的最优视频帧，从而提高了实时的流量和视频数据发送质量。

Description

采用对偶网络模式的增强的视频传输
技术领域
本发明涉及移动通讯，更具体地讲，本发明涉及一种在移动通讯环境中增强流量(throughput)和质量的视频数据流传输。
背景技术
移动通讯的用户涉及3G网络以及采用这样的网络所提供的可视电话服务。目前流行的照相手机为3G领域的可视电话和可视电话通讯带来了光明的未来。尽管3G网络能够将视频内容传输至无线通讯设备，但3G网络传输的实时视频的流量和服务质量(QoS)还有许多待改进之处。在传输误差方面，3G网络的视频传输仍有改进的空间。
蜂窝式无线通讯公司和3G经营者现在使用电路交换网络来传输声音和视频通讯。目前，移动电话的通话设定和通话控制是在包括2G、2.5G和3G的电路交换网络上实现的。电路交换是这样一种通讯类型，其连接时间内于网络的两个终端之间确定专用的频道。该专用频道十分适合于实时传输数据。然而，在电路交换网络中可利用的带宽非常狭窄。3G电路交换网络以64千比特/秒的速率传输数据，因此不适用于数据密集型应用场合，如实时视频数据。此外，蜂窝空气接口与移动终端间存在干涉，常常会导致数据在到达目标终端点之前被撤消或削弱。
因此，有必要提供一种在3G网络中更有效传输视频数据的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高实时的流量和视频数据发送质量的视频数据发送方法和系统。
本发明的目的之一可通过以下技术方案来实现：
一种在3G移动系统中传输视频数据的方法，其包括以下计算机执行的动作：
(1)确定采用包括至少一电路交换网络和至少一分组交换网络的组合网络来发送第一组视频帧是否满足标准；以及
(2)如果满足该标准，则动态计算通过该组合网络将该第一组视频帧发送至被呼叫终端的最优发送方式。
上述的方法中，动态计算最优发送方式进一步包括采用从该被呼叫终端发送的反馈信息。
上述的方法还进一步包括，当被呼叫终端接收该第一组视频帧，该被呼叫者动态计算相应延时补偿和差错恢复系数以提供给该接收的第一组视频帧用作再造视频图像。
上述的方法还进一步包括监测该至少一电路交换网络和至少一分组交换网络以估计预定参数组。其中该参数组包括3G移动网络需求和服务质量参数。该服务质量参数包括在该至少一电路交换网络和该至少一分组交换网络上的有用带宽、平均包延迟、包差错率、帧差错率。其进一步包括采用网络监控器来检测并更新基于监控结果的有源网络表。
如果该被呼叫终端被要求发送第二组视频帧，那么该被呼叫终端动态计算第二组视频帧相应的最优发送方式。
上述的方法还进一步包括，当从被呼叫终端接收该第二组视频帧，动态计算相应延时补偿和差错恢复系数以提供给该接收的第二组视频帧用作再造相应视频图像。
上述的方法中，确定是否满足一组标准进一步包括：
(1)确定该至少一电路交换网络是否支持视频呼叫；
(2)如果该至少一电路交换网络支持视频呼叫，那么确定该至少一电路交换网络是否适用于安排视频呼叫；
(3)如果该至少一电路交换网络适用于安排视频呼叫，那么尝试用该至少一电路交换网络与该被呼叫终端建立第一视频呼叫连接。
如果建立第一视频呼叫连接失败，那么尝试用该至少一分组交换网络与该被呼叫终端建立第二视频呼叫连接；在尝试建立该第二视频呼叫连接的同时用该至少一电路交换网络与被呼叫终端建立声音呼叫连接
如果建立第一视频呼叫连接成功，那么确定该被呼叫终端是否适合于用该组合网络来接收该第一组视频帧；如果该被呼叫终端适合于用该组合网络，给该被呼叫终端建立反馈频道。
如果成功建立第一视频呼叫连接，那么确定该被呼叫终端是否适合于用该组合网络来接收该第一组视频帧；如果该被呼叫终端适合于用该组合网络，仅采用该至少一电路交换网络来发送该第一组视频帧。
其中，该组合网络包括3G网络、GSM网络、CDMA网络、WiFi网络和TCP/IP网络中的一个或多个。
上述的方法还进一步包括采用计算机执行通讯管理器来建立与该被呼叫终端相应的计算机执行通讯管理器之间的通讯，以达到一个或多个以下目的：
(1)确定计算机执行通讯管理器与该被呼叫终端相应的计算机执行通讯管理器之间的功能性兼容；
(2)检测比特流量；
(3)检测延迟；
(4)协定视频编码和比特率；
(5)协定视频发射和接收的其它参数。
另一发明，本发明还提供了一种3G移动系统中的视频数据发送系统，其包括一个计算机执行的通讯管理器，其中，该计算机执行的通讯管理器包括网络监控器，以及智能视频发送机构，该机构用于动态地计算出通过至少一电路交换网络和至少一分组交换网络的组合网络来发送视频帧的最优发送方式。
上述的系统还可进一步包括视频编码器、视频解码器、发射器和接收器，其中，视频解码器包括视频帧恢复模块和差错修正模块。
上述的计算机执行通讯管理器检测组合网络发送视频数据的有效性。
上述的计算机执行的通讯管理器在接收视频帧时，计算延时补偿和差错恢复系数，以提供给接收视频帧用作再造视频图像。
上述的计算机执行通讯管理器建立与被呼叫终端相关的计算机执行的通讯管理器的通讯连接，以达到一个或多个以下目的：
(1)确定计算机执行通讯管理器与该被呼叫终端相应的计算机执行通讯
管理器之间的功能性兼容；
(2)检测比特流量；
(3)检测延迟；
(4)协定视频编码和比特速率；
(5)协定视频发射和接收的其它参数，该其它参数包括服务质量参数、视频编解码器参数和比特率。
本发明通过采用电路交换网络和分组交换网络的组合网络以及基于传输反馈、网络状态和服务质量参数的发送方式的最优视频帧。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
附图说明
图1是在移动通讯环境中按本发明一实施方案进行视频呼叫的系统的高级方框图。
图2是本发明一实施方案中所使用的视频模块的组成元件的方框图。
图3A和3B显示了本发明一实施方案中视频通话方式流程图。
图4是本发明一实施方案中以对偶网络模式传输视频信号的视频模块的操作流程图。
图5是本发明一实施方案中以对偶网络模式接受视频信号的视频模块的操作流程图。
具体实施方式
目前，完全依靠3G环境中分组交换网络(packet-switchednetwork)而实现高质量的实时视频传输，因其在3G环境中建立IP网络成本较高而不可行。
根据本发明的某些具体实施方案，在3G网络环境中，通过结合使用现有的电路交换网络和现有的分组交换网络，可以提高实时视频数据传输的流量和质量。换言之，通过利用现有的电路交换网络和现有的分组交换网络，进行实时视频数据的多路传输(multiplexing)，并采用延时补偿系数，可以提高质量和恢复差错。发送方式的最佳视频结构是根据传输反馈、网络状况和服务质量参数来动态计算的。为在接收终端进行观看，所接收的视频数据利用延时补偿和差错恢复系数进行动态计算而重新制作。这里所述的3G移动设备采用电路交换网络和一个或多个分组交换网络的结合来传输视频数据指的是对偶网络模式。这种对偶网络模式的使用可保护电信服务供应商在呼叫设备和呼叫控制的基础设施上的投资。
此处，将在视频呼叫过程中开始一个视频呼叫的视频模块称为呼叫视频模块。类似地，将视频呼叫过程中正在被呼叫的视频模块称为被呼叫视频模块。然而，尽管呼叫视频模块可开始传输视频数据到被呼叫视频模块，该被呼叫视频模块在该呼叫连接中也用于将视频数据传输到呼叫视频模块。换言之，呼叫视频模块和被呼叫视频模块在同一呼叫连接中都可以传送和接收视频数据。例如，一旦两个移动设备之间的视频呼叫连接确定，每一移动设备中的视频模块都可以在呼叫连接中相互传送和接收的视频数据。因此，这里所述的每一视频模块包括一对视频发射器和接收器。下面会结合图2对视频模块作更详细的描述。
图1是在移动通讯环境中根据本发明实施方案进行视频呼叫的系统的高级方框图。为了便于解释，图1显示了从呼叫视频模块的发射器102到被呼叫视频模块的接收器104的视频数据传输。然而，如前所述，呼叫视频模块和被呼叫视频模块都可以用于传输和接收视频数据。在对偶网络模式中，视频数据采用电路交换管道108和分组交换管道110的结合来传输。采用对偶网络模式的系统可包括多个有源分组交换管道。例如，该系统可包括3G网络、GCM/CDMA网络和WiFi网络的任意结合。
为便于解释，假定图1的系统100仅有一个电路交换管道和一个分组交换管道。在视频数据传输开始之前，网络监控器(图1中未示)检测并参考系统100中有源网络表格106来决定该网络状态。网络监控器定期更新有源网络表格106。
如果网络状态显示该网络允许以对偶网络模式进行视频传输，则视频发射器102则采用电路交换管道和分组交换管道，开始发送分层帧112到视频接收器104。以下将结合图3A、图3B、图4和图5对该对偶网络模式作更详尽的描述。
系统100包括动态计算最优发送图片的机构以将分层帧112发送至视频接收器104。该最优发送图片的动态计算是基于来自被传呼终端和/或视频呼叫的服务质量的反馈。例如，如果在分组交换管道上发生高误差率，那么该视频模块将自动地采用电路交换管道来发送大部分或全部的基本帧(如参考帧)，以消除采用分组交换管道所可能引起的误差，防止视频流的延误。此外，电路交换管道中所出现的误差可采用线性内插法进行恢复，而分组交换管道所获得的视频数据可采用非线性内插法进行校正。
类似地，系统100包括动态计算延时补偿和误差恢复系数的机构，该计算用于由视频接收器104所接收的视频帧，以使该视频以更高的技巧方法来重组显示。电路交换管道的潜伏时间，也就是传输的延迟，是不同于分组交换管道的，因此，为视频接收器的视频重组程序提供一个延时补偿系数，以确定视频发送的正确序列。视频流的每一视频帧在被传输前进行时间标识。视频接收器对从电路交换管道和分组交换管道进入的视频帧进行缓冲，接着重组(即重新合成)该视频帧，以传送到视频解码器。该视频解码器再创可以观看的视频。
采用对偶网络模式传输视频数据，可以减少视频数据的损失。换言之，被削弱的视频帧的数量会有减少，从而提高了视频的观看质量。
图2是本发明一实施方案中使用的视频模块的组成元件方框图。换言之，图2是本发明一实施方案视频模块的逻辑表示。视频模块200包括视频编码器和解码器202、网络监控器204、视频发射器206和视频接收器208。按本发明的一实施方案，网络监控器属于与视频模块相关的通讯管理器。网络监控器持续监控网络，以评估网络质量参数如有用带宽、平均的包延迟、包差错率、帧差错率以及3GPP/3GPP2参数。该呼叫通讯管理器和被呼叫通讯管理器相互通信，以提供与视频发射/接收相关的信息，并协商服务质量参数、视频编码器和比特速率。例如，呼叫通讯管理器决定被呼叫通讯管理器是否采用的是兼容版本，并决定实际比特流量和延迟。此外，该通讯管理器可控制用于动态计算最优传送图形以及计算延时补偿和差错恢复系数的机构。该通讯管理器、网络监控器、编码器、解码器、发射器和接收器可用软件、硬件或软件和硬件的结合来实现。
图3A和3B是本发明一实施方案中视频通话方式的流程图。为方便解释，假设该网络是电路交换网络和分组交换网络的结合。然而，如前所述，该组合网络中可以有多于一个的分组交换网络。如图3A所示，视频呼叫流程在呼叫视频模块在程序块302供电时开始。当呼叫视频模块供电时，在程序块304中产生呼叫网络管理器。该网络管理器检测并定期更新程序块306中的有源网络表。在程序块308中，网络监控器启动服务质量表并监测网络状态。视频模块进入程序块310的等待模式，直至使用者尝试启动程序块312的视频呼叫。当使用者尝试启动视频呼叫，网络监控器测定该网络是否允许程序块314的视频呼叫。换言之，网络监控器决定负载网络是否支持视频呼叫。如果测定发现该网络不允许视频呼叫，在程序块316就会进行音频呼叫。在接下来的程序块317中，就会将控制转至图3B的程序块334；如果测定发现该网络允许视频呼叫，那么程序块318就会将控制转至图3B的程序块B。
在图3B中，程序块B将控制转至程序块320。在程序块320，该呼叫视频模块的网络监控器决定电路交换网络是否可用于视频呼叫。如果测定发现该电路交换网络不可用于视频呼叫，接下来在程序块334，网络监控器测定分组交换网络是否可用于视频呼叫，如果该分组交换网络可用于视频呼叫，接着在程序块336，系统启动分组交换呼叫。如果程序块338成功地建立了连接，那么在程序块342，系统建立一个非同步视频呼叫。换言之，音频和视频数据不同步且分别传输至被呼叫视频模块的接收器。如果与被呼叫视频模块之间没有建立成功的呼叫连接，那么在程序块340，视频呼叫被取消，呼叫视频模块进入视频等待模式。
如果在程序块320，测定得电路交换网络可用于视频呼叫，接下来在程序块322进行视频呼叫。在程序块324，测定连接是否建立，如果没有建立连接，控制被转至程序块334；如果建立了连接，控制被转至程序块326。系统进入电路交换视频呼叫模式。在程序块328，呼叫通讯管理器测定被呼叫视频模块是否适用于对偶网络模式。如果被呼叫视频模块不适用于对偶网络模式，那么视频呼叫在程序块340被取消；然而，如果被呼叫视频模块适用于对偶网络模式，那么在程序块330，就用分组交换网络确定数据包连接。在程序块332，系统进入视频呼叫的对偶网络模式。
图4是本发明一实施方案中以对偶网络模式传输视频信号的视频模块操作流程图。在图4的程序块402中，呼叫者的视频模块进入视频呼叫的对偶网络模式。在程序块404，呼叫者的视频模块建立与被呼叫者的视频模块的反馈频道。在程序块406，呼叫通讯管理器基于从被呼叫视频模块接收的反馈以及服务质量参数来动态计算最优视频传输方式。在程序块408，呼叫视频模块的发射器接着用该最优视频传输方式传输视频数据。
图5是本发明实施方案中以对偶网络模式接受视频信号的视频模块操作流程图。在图5的程序块502，该被呼叫者的视频模块进入视频呼叫的对偶网络模式。在程序块504，被呼叫者的视频模块建立呼叫者的视频模块的反馈频道。在程序块506，被呼叫通讯管理器动态计算延时补偿和差错恢复系数。在程序块508，被呼叫视频模块的接收器基于计算所得的延时补偿和差错恢复系数再造视频。在程序块510，被呼叫接收器发送状态反馈至被呼叫网络监控器。在程序块512，被呼叫者的网络监控器发送反馈至呼叫视频监控器，反馈频道确定在电路交换网络带宽内。在分组交换网络或其IP执行中，反馈频道可在分组交换网络内确定。
上述对本发明的实施方案进行了详细地描述以便理解；然而，本领域的一般技术人员完全可以在不偏离本发明的精神和保护范围的前提下，进行其它的改变或改进。因而，除权利要求书之外，本发明的保护范围不受其它限制。

Claims (24)

1、一种在3G移动系统中传输视频数据的方法，其包括以下由计算机执行的动作：
确定采用包括至少一电路交换网络和至少一分组交换网络的组合网络来发送第一组视频帧是否满足标准；以及
如果满足所述的标准，则动态计算通过所述组合网络将所述第一组视频帧发送至被呼叫终端的最优发送方式。
2、如权利要求1所述的方法，其中，在动态计算最优发送方式时还包括采用从该被呼叫终端发送的反馈信息。
3、如权利要求1所述的方法，其中，如果所述的被呼叫终端要求发送第二组视频帧，那么该被呼叫终端动态计算与所述第二组视频帧相应的最优发送方式。
4、如权利要求1所述的方法，其中，该方法进一步包括：当所述被呼叫终端接收所述第一组视频帧，该被呼叫者终端动态地计算相应的延时补偿和差错恢复系数，以提供给该接收的第一组视频帧并用于再造视频图像。
5、如权利要求3所述的方法，其中，该方法进一步包括：当从所述被呼叫终端接收所述第二组视频帧，动态计算相应的延时补偿和差错恢复系数，以提供给所述的接收的第二组视频帧并用于再造相应的视频图像。
6、如权利要求1所述的方法，其中，该方法进一步包括监测该至少一电路交换网络和至少一分组交换网络，以估计预定的参数组。
7、如权利要求6所述的方法，其中，所述的参数组包括3G移动网络需求。
8、如权利要求6所述的方法，其中，所述的参数组包括服务质量参数。
9、如权利要求8所述的方法，其中，所述的服务质量参数包括在该至少一电路交换网络和该至少一分组交换网络上的有用带宽、平均包延迟、包差错率、帧差错率。
10、如权利要求6所述的方法，其中，该方法进一步包括采用网络监控器来检测并更新基于所述监控结果的有源网络表。
11、如权利要求1所述的方法，其中，确定是否满足所述的标准进一步包括：
确定该至少一电路交换网络是否支持视频呼叫；
如果该至少一电路交换网络支持所述视频呼叫，那么确定该至少一电路交换网络是否能用于安排所述视频呼叫；以及
如果该至少一电路交换网络能用于安排所述视频呼叫，那么尝试用该至少一电路交换网络与该被呼叫终端建立第一视频呼叫连接。
12、如权利要求11所述的方法，其中，该方法进一步包括：
如果建立所述第一视频呼叫连接失败，那么尝试用该至少一分组交换网络与该被呼叫终端建立第二视频呼叫连接；以及
在尝试建立所述第二视频呼叫连接的同时，用该至少一电路交换网络与被呼叫终端建立声音呼叫连接。
13、如权利要求11所述的方法，其中，该方法进一步包括：
如果建立所述第一视频呼叫连接成功，那么确定该被呼叫终端是否适合于用该组合网络来接收所述第一组视频帧；以及
如果该被呼叫终端适合于采用所述组合网络，那么为该被呼叫终端建立反馈频道。
14、如权利要求11所述的方法，其中，该方法进一步包括：
如果建立所述第一视频呼叫连接成功，那么确定该被呼叫终端是否适合于用该组合网络来接收所述第一组视频帧；以及
如果该被呼叫终端不适合于采用所述组合网络，那么只采用该至少一电路交换网络来发送所述第一组视频帧。
15、如权利要求1所述的方法，其中，所述组合网络包括3G网络、GSM网络、CDMA网络、WiFi网络和TCP/IP网络中的一个或多个。
16、如权利要求1所述的方法，其中，该方法进一步包括采用计算机执行的通讯管理器，来建立和所述被呼叫终端相关的计算机执行的通讯管理器之间的通讯，以实现以下一个或多个目的：
确定计算机执行的通讯管理器和该被呼叫终端相关的计算机执行的通讯管理器之间的功能性兼容；
检测比特流量；
检测延迟；
协定视频编码和比特速率；以及
协定视频发射和接收的其它参数。
17、一种3G移动系统中的视频数据发送系统，其包括计算机执行的通讯管理器，其中，该计算机执行的通讯管理器包括：
网络监控器；以及
智能视频发送机构，该机构能动态地计算出通过至少一电路交换网络和至少一分组交换网络的组合网络来发送视频帧的最优发送方式。
18、如权利要求17所述的视频数据发送系统，其中，该系统进一步包括：
视频编码器；
视频解码器，该视频解码器包括视频帧恢复模块和差错修正模块；
发射器；以及
接收器。
19、如权利要求17所述的视频数据发送系统，其中，所述的计算机执行的通讯管理器对所述组合网络发送视频数据的有效性进行检测。
20、如权利要求17所述的视频数据发送系统，其中，所述的计算机执行的通讯管理器在接收视频帧时，计算出延时补偿和差错恢复系数，以提供给该接收视频帧并用于再造视频图像。
21、如权利要求17所述的视频数据发送系统，其中，所述的计算机执行的通讯管理器建立与被呼叫终端相关的计算机执行的通讯管理器的通讯连接，以实现以下一个或多个目的：
确定所述的计算机执行的通讯管理器与该被呼叫终端相关的计算机执行的通讯管理器之间的功能性兼容；
检测比特流量；
检测延迟；
协定视频编码和比特率；以及
协定视频发射和接收的其它参数。
22、如权利要求21所述的视频数据发送系统，其中，所述的其它参数包括服务质量参数、视频编解码器参数和比特率。
23、如权利要求17所述的视频数据发送系统，其中，所述的网络监控器监控有效带宽、平均包延迟、包差错率和帧差错率。
24、如权利要求17所述的视频数据发送系统，其中，所述的组合网络包括3G网络、GSM网络、CDMA网络、WiFi网络和TCP/IP网络中的一个或多个。
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