CN1910920A - 用于音频视频信号分发的自适应带宽分配方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制音频/视频信号分发的方法包括接收输入信号并预过滤该输入信号。根据该输入信号生成多个量化系数，这些量化系数具有可变粗度。对上述多个量化系数编码并将这些编码的量化系数传输到传输缓冲器。在工作期间，监控传输缓冲器中的占用级别。基于该占用级别，相应地改变上述多个量化系数的粗度。

Description

用于音频视频信号分发的自适应带宽分配方法和系统
声明资料受版权保护
本专利文档中的部分资料受到美国和其它国家版权法的版权保护。版权拥有者不反对任何人按美国专利和商标局公开可得的文件或记录原样复制本专利文档或本专利公开，但是无论如何均保留所有版权。版权拥有者因此不放弃其秘密保持该专利文档的任何权利，包括(但不限于)其按照37C.F.R.§1.14的权利。
技术领域
一般来说，本发明涉及音频/视频系统，更具体地说，涉及音频/视频信号分发系统中的带宽分配。
背景技术
在家庭AV信号分发系统中，当信号从服务器或其它一些网关分发到不同房间中的接收器时，信号通常被数字压缩以便通过比信号的原始带宽窄的数字信道。取决于客户机的能力和需要，必须在信号传输之前适当地配置压缩参数(例如，空间/时间分辨率和压缩比)。而且，为了应对时变信道特征，必须在系统使用时动态改变压缩参数以避免系统溢出。一些这种时变信道特征是射频(RF)无线带宽，射频无线带宽可随信号传输路径附近的移动物体或共用相同信道的客户机的数量而变化，其中共用相同信道的客户机的数量可根据加入和离开系统的客户机而及时改变。
通过观察时变信道特征可以动态控制压缩参数。然而，这却并不容易。这种情况类似于控制跟随在以随机速度(即，可用带宽)在前面行驶的另一辆汽车之后的汽车的速度(即，数据生成速率)。目标是当前面的汽车随机改变其速度时，保持两辆汽车间的距离恒定(即，避免缓冲器溢出或下溢)。如果通过观察前行汽车的速度来使随行汽车的速度(即，数据生成速率)与前行汽车的速度(即，可用带宽)相匹配，那么反应延迟是不可避免的。而且，取决于延迟的线性度，两辆汽车之间的距离可能时远时近，这可能会导致缓冲器溢出或下溢。
本发明认识到现有缺点并提供与此相关的一个或多个问题的解决方案。
发明内容
本发明通常涉及解决音频/视频分发系统中的带宽限制，该系统包括数字数据生成器和连接到数字数据生成器的发送器，其中通过通信链路将数据传输到接收器。根据本发明的一个方面，本发明包括数据传输缓冲器和相关的负载分发逻辑。根据本发明的另一方面，负载分发逻辑监控数据传输缓冲器中的“占用级别”。在数据传输缓冲器中存在占用级别的情况下，也就是当由于通信链路上带宽不足而造成数据传输缓冲器通常不为空时，负载分发逻辑降低数字数据生成器的数据速率。
在本发明的一个有益实施例中，数据传输缓冲器位于数字数据生成器和数据发送器之间。负载分发逻辑连接到数据传输缓冲器和数字数据生成器。
在具有本发明的自适应带宽分配的音频/视频信号分发系统的一个实施例中，优选系统包括预过滤和空间/时间二次采样器。而且，频域量化器连接到预过滤和空间/时间二次采样器。传输缓冲器连接到频域量化器，并且负载分发逻辑模块连接到预过滤和空间/时间二次采样器、频域量化器和传输缓冲器。负载分发逻辑模块包括用于根据传输缓冲器中的占用级别控制频域量化器的频域量化的粗度的逻辑。
在一优选实施例中，负载分发逻辑模块还包括用于控制预过滤和空间/时间二次采样器的二次采样的粗度的逻辑。而且，运动补偿正交变换模块连接在预过滤和空间/时间二次采样器和频域量化器之间。编码器连接在频域量化器和传输缓冲器之间。该编码器对来自频域量化器的量化系数进行编码。可以理解，可以对量化系数进行行程编码和/或熵编码。优选地，尽力而为发送器连接到传输缓冲器，并且接收器连接到尽力而为发送器。
在另一个实施例中，用于控制音频/视频信号分发的方法包括将缓冲器分配给发送器和接收器。以尽力而为模式运行或以其它方式执行连接到缓冲器的信道。当将信道中的可用带宽与通过信道的数据生成速率进行比较时，结果反映在缓冲器中的数据累积上。
在又一个实施例中，用于控制音频/视频信号分发的方法包括接收输入信号并预过滤该输入信号。根据输入信号生成多个量化系数，这些量化系数具有可变粗度。对上述多个量化系数编码并传输到传输缓冲器。在工作期间，监控传输缓冲器中的占用级别。基于该占用级别，相应地改变上述多个量化系数的粗度。
在本说明书的下面部分中将描述本发明的其它方面，其中具体实施方式部分是为了完全公开本发明的优选实施例，而不是为了限制本发明。
附图说明
通过参考下面仅用于说明目的的附图会更好地理解本发明：
图1是采用本发明的自适应带宽分配的音频/视频分发系统的框图。
图2是本发明的概括性信号分发逻辑的流程图。
图3是本发明的信号分发逻辑的流程图。
图4是采用本发明的自适应带宽分配的系统的一备选实施例的框图，其中数据生成器是代码转换器。
图5是采用本发明的自适应带宽分配的系统的一备选实施例的框图，其中数据生成器是接收基带信号的压缩器。
图6是采用本发明的自适应带宽分配的系统的一备选实施例的框图，其中数据生成器是接收压缩信号和基带信号的解压缩器和压缩器系统(代码转换器)。
具体实施方式
更具体地参考用于说明目的的附图，图1至图6中大体说明实施本发明的设备和方法。将理解，在不偏离本文公开的基本概念的前提下，设备的配置和部件的细节可以改变，并且方法的具体步骤和顺序也可改变。
首先参考图1，示出并用10指示采用本发明的音频/视频信号分发系统的实例。在所示实例中，系统10包括连接到诸如离散余弦变换(DCT)模块的运动补偿正交变换(MCOT)模块14的预过滤和空间/时间二次采样器12。如果使用运动图象专家组(MPEG)压缩技术对预过滤和空间/时间二次采样器12接收到的输入信号进行压缩，则采用MCOT模块14。图1示出，MCOT模块14连接到控制输入信号的压缩比的频域量化器16。
如图1所示，熵编码器18连接到频域量化器。熵编码器18对来自频域量化器的量化系数进行编码以生成用于传输的数据流，其中数据在本实例中具有数据速率G。在传输之前，数据先通过本发明的数据速率控制模块20，该模块包括下面将详细描述的传输缓冲器22和负载分发逻辑24。尽力而为发送器26连接到传输缓冲器22，并且在工作期间，尽可能快地从传输缓冲器22拉取数据。尽力而为发送器26连接到接收器28，例如连接到电视机的机顶盒。具有带宽B的连接可以是有线连接、无线连接、因特网、电源线载体连接或可能受到带宽限制的任何其它连接。图1还示出，在说明的实例中，负载分发逻辑模块24连接到预过滤和空间/时间二次采样器12、频域量化器16和传输缓冲器22。如下详述，负载分发逻辑模块24包括可用于根据传输缓冲器22内的占用级别来控制来自频域量化器16的数据生成速率的负载分发逻辑。
本发明的优点在于，当数据速率超过可用带宽时，可降低数据速率。在正常操作中，G＜B，这意味着有足够的带宽用于数据传输，并且传输缓冲器22为空。然而，在可用带宽小于数据速率的情况下，传输缓冲器22将开始保存数据。因此，在传输缓冲器22中将存在数据占用级别。因此，本发明包括数据速率控制模块20及其操作方法，其实质上可用于任何生成数字数据以用于通过通信链路传输的音频/视频分发系统。
现在参考图2，其针对图1的上下文和框24示出本发明的概括性负载分发逻辑，其中使用编程的数据处理器或类似物来实现该逻辑。如图所示，在框50，过程以do循环语句开始，其中在工作期间，执行下列步骤。在框52，将传输缓冲器22(图1)分配给尽力而为发送器26(图1)和接收器28(图1)。此后，在框54，采用本领域公知的尽力而为模式运行或以其它方式执行连接到缓冲器的信号信道。
移至判定菱形框56，确定传输缓冲器22中是否包含数据，即是否具有占用级别。如果占用级别为0，则因为可用带宽B大于或等于数据生成速率G，所以缓冲器通常为空。在这种情况下，在框60，可以视情况增加数据速率。如果传输缓冲器22中包含数据，则B小于G，逻辑进入框58，从而降低数据速率。可以理解，如果在传输缓冲器内没有任何数据，则不可能在缓冲器内减少数据。而且，如果B等于G，则传输缓冲器内的数据减少为0。关于这点，应注意到，没有必要实际测量B和G，但也可视情况进行这些测量。只要在传输缓冲器中有数据，就需要减小数据速率。通常根据数据信道的特征，来使反馈最优化。
仍参考图2，因此将理解，本发明方法的一种模式包括在框56和58中执行的操作，这些操作用于当在传输缓冲器中检测到占用级别时降低来自数据生成器的数据速率。本发明方法的另一种模式包括在框60中执行的另外操作，这些操作用于当缓冲器通常为空且没有带宽限制时增加来自数据生成器的数据速率。
图3仍针对图1所示的系统的上下文示出本发明的负载分发逻辑的优选非限定性实施例。在框100以do循环语句开始，当接收到输入信号时，执行以下步骤。在框102，对输入信号预过滤。另外，如果需要，在框104，对输入信号进行时间和/或空间二次采样。可以理解，可在预过滤和空间/时间二次采样器12(图1)中进行预过滤和二次采样。
进入框106，在使用MPEG压缩技术对信号进行压缩的情况下，使用频域量化器16(图1)控制压缩比。接着，在框108，在熵编码器18(图1)中对来自频域量化器16的量化系数进行行程编码和熵编码。移至框110，将编码的符号传输到传输缓冲器20(图1)。此后，由尽力而为发送器22(图1)从传输缓冲器20(图1)中提取数据。
进行到框114，在执行上述步骤的同时监控缓冲器中的占用级别。在框116，当缓冲器中的占用级别增加时，增加频域量化的粗度和二次采样的粗度。可以理解，这使得来自频域量化器的数据(例如，符号)生成速率变得粗糙。另一方面，当缓冲器中的占用级别降低时，降低频域量化的粗度和二次采样的粗度。这使得来自频域量化器的数据生成速率变得不那么粗糙。
根据前面所述，可以理解，当多于一个信号共用单个信号传输信道时，例如通过在每个传输缓冲器后面设置多路复用器，可以容易地将多个上述系统组合在一起以将数据进行组合。
利用上述结构配置，本发明的系统和方法可用于根据可用带宽(例如，在通往接收器的网络连接内)控制到达接收器的数据流。根据上面的描述，可以理解，本发明也可以与各种数字数据生成器配置(例如，如图4、图5和图6中所示的那些配置)一起使用。在图4中，系统150接收压缩信号，并在包括代码转换器152的数据生成器中对信号解压缩。在图5所示的系统160中，系统接收基带信号，并在包括压缩器162的数据生成器中对信号压缩。图6示出系统170，其中由包括解压缩器172和压缩器174的代码转换器接收并处理压缩信号和基带信号的组合。
因此将理解，根据本发明，监控传输缓冲器中的占用级别，如果在缓冲器中存在数据，则降低数据速率以适应带宽限制。另一方面，当有足够的带宽适应数据速率时，缓冲器通常为空，并且不需要降低数据速率。本领域技术人员也会理解，可采用本领域中公知的任何传统方式来实现数据传输缓冲器，并且可采用与编程的数据处理器相关联的软件或固件、如果需要也可采用硬件来实现负载分发逻辑。
虽然上面的描述包含了许多细节，但这不应理解为对本发明范围的限制，而是仅仅提供了对本发明的一些目前优选实施例的说明。因此，将理解，本发明的范围完全涵盖对本领域技术人员显见的其它实施例，相应地，本发明的范围只由所附权利要求限定，其中参考的单个元素除非明确说明，否则不是指“一个且仅有一个”，而是指“一个或多个”。本领域技术人员公知的与上述优选实施例中的元素等效的所有结构、化学物和功能都以引用的方式明确结合于本文中，并且由本发明权利要求涵盖。而且，装置或方法不一定解决本发明试图解决的每一个问题，因为其由本发明权利要求涵盖。而且，本公开中的任何元件、组件或方法步骤都不是要献给公众，不管这些元件、组件或方法步骤是否在权利要求中明确叙述。除非使用短语“用于…的装置”来明确叙述元件，否则本文没有权利要求元件要理解为在35U.S.C.112第6段的条款下。

Claims (20)

1.在具有连接到发送器的数字数据生成器的音频/视频信号分发系统中，所述发送器配置为通过通信链路将所述数字数据传输到接收器，改进包括：
连接在所述数字数据生成器和所述发送器之间的数据传输缓冲器；以及
连接到所述数据生成器和所述数据传输缓冲器的负载分发逻辑模块；
其中所述负载分发逻辑模块配置为根据所述数据传输缓冲器中的数据占用来控制所述数据生成器的数据速率。
2.如权利要求1所述的改进的音频/视频系统，其特征在于，当所述数据速率大于所述通信链路上的可用带宽时，所述数据传输缓冲器具有占用级别。
3.如权利要求2所述的改进的音频/视频系统，其特征在于，当所述通信链路上的可用带宽大于所述数据速率时，所述数据传输缓冲器为空。
4.一种在具有连接到发送器的数字数据生成器的音频/视频分发系统中用于自适应带宽分配的设备，所述发送器配置为通过通信链路将所述数字数据传输到接收器，所述设备包括：
配置为连接在所述数字数据生成器和所述发送器之间的数据传输缓冲器；以及
配置为连接到所述数据生成器和所述数据传输缓冲器的负载分发逻辑模块；
其中所述负载分发逻辑模块配置为根据所述数据传输缓冲器中的数据占用来控制所述数据生成器的数据速率。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，当所述数据速率大于所述通信链路上的可用带宽时，所述数据传输缓冲器具有占用级别。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，当所述通信链路上的可用带宽大于所述数据速率时，所述数据传输缓冲器为空。
7.一种在具有连接到发送器的数字数据生成器的音频/视频分发系统中用于自适应带宽分配的方法，所述发送器配置为通过通信链路将所述数字数据传输到接收器，所述方法包括：
提供位于所述数字数据生成器和所述发送器之间的数据传输缓冲器；
提供连接到所述数据生成器和所述数据传输缓冲器的负载分发逻辑模块；
根据所述数据传输缓冲器中的数据占用来控制所述数据生成器的数据速率。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述数据速率大于所述通信链路上的可用带宽时，所述数据传输缓冲器具有占用级别。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述通信链路上的可用带宽大于所述数据速率时，所述数据传输缓冲器为空。
10.一种具有自适应带宽分配的音频/视频信号分发系统，包括：
数据生成装置；
发送器，所述发送器配置为通过通信链路将数据从所述数据生成装置传输到接收器；
位于所述数据生成装置和所述发送器之间的传输缓冲器；以及
连接到所述数据生成装置和所述传输缓冲器的负载分发逻辑模块；
其中所述负载分发逻辑根据所述传输缓冲器中的数据占用级别来控制所述数据生成装置生成的数据的数据速率。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，当所述数据速率大于所述通信链路上的可用带宽时，所述数据传输缓冲器具有占用级别。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，当所述通信链路上的可用带宽大于所述数据速率时，所述数据传输缓冲器为空。
13.如权利要求10所述的系统，还包括：
预过滤和空间/时间二次采样器；以及
连接到所述预过滤和空间/时间二次采样器的频域量化器；
其中所述负载分发逻辑模块还包括用于控制所述预过滤和空间/时间二次采样器的二次采样的粗度的逻辑。
14.如权利要求13所述的系统，还包括：
连接在所述预过滤和空间/时间二次采样器和所述频域量化器之间的运动补偿正交变换模块。
15.如权利要求14所述的系统，还包括：
连接在所述频域量化器和所述传输缓冲器之间的编码器，所述编码器对来自所述频域量化器的量化系数编码。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，对所述量化系数进行行程编码。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，对所述量化系数进行熵编码。
18.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述发送器包括尽力而为发送器。
19.一种用于控制音频/视频信号分发的方法，包括：
将缓冲器分配给发送器和接收器；
以尽力而为模式运行连接到所述缓冲器的信道；
将所述信道中的可用带宽与通过所述信道的数据生成速率进行比较；以及
根据所述比较，控制所述缓冲器中的数据的累积。
20.一种用于控制音频/视频信号分发的方法，包括：
接收输入信号；
预过滤所述输入信号；
根据所述输入信号生成多个量化系数，所述多个量化系数具有可变粗度；
对所述多个量化系数编码；
将多个编码的量化系数传输到传输缓冲器；
监控所述传输缓冲器中的占用级别；
当所述传输缓冲器中的占用级别增加时，增加所述多个量化系数的粗度；以及
当所述传输缓冲器中的占用级别降低时，降低所述多个量化系数的粗度。
CNA2005800022207A 2004-01-15 2005-01-07 用于音频视频信号分发的自适应带宽分配方法和系统 Pending CN1910920A (zh)

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