CN1938972B - 用于测量多媒体数据传输质量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供用于测量多媒体数据传输质量的方法和装置。所述方法包括以下步骤：发射机经由信道发射多媒体数据；已经从发射机接收到多媒体数据的接收机经由返回信道，向发射机发射关于多媒体数据的传输差错的信息；发射机利用返回到发射机的差错信息估计在接收机处的接收数据；以及发射机通过将估计出的接收数据与参考数据进行比较来评估接收数据的传输质量。

Description

用于测量多媒体数据传输质量的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于测量多媒体数据传输质量的方法和装置，所述方法和装置能够在发射多媒体数据的发射机处测量传输质量。
背景技术
目前，随着诸如VOD(视频点播)或视频电话的多媒体传输服务被普遍使用，监控传输质量成为重要问题，传统地，在接收机处执行传输质量的监控，以便检测所发射的多媒体数据的差错。特别地，在经由具有较高差错发生率的无线通信信道所实现的多媒体数据服务中，为了提供可靠的图像传输服务，通过监控传输质量来控制差错是很重要的。
在无线通信中，接收到的多媒体数据的失真程度和差错发生率随着接收机的位置而改变。当多媒体数据在接收机处的传输质量不符合要求时，顾客可能会不满意，并且继续经由噪声信道传输这种低质量的多媒体数据会没有任何意义。因此，当发射机发射多媒体数据时，需要采取适当的措施来提高传输可靠性。
视频质量监控方法包括FR(full-reference)(全参考)方法、RR(reduced-reference)(简化参考)方法和NR(no-reference)(无参考)方法。
对于测量视频质量而言，全参考方法被公认为是最准确的方法，因为其同时使用参考(源)视频和处理后的视频序列。但是，由于全参考方法需要参考视频，因而其应用范围受到限制。
在简化参考方法中，从参考视频序列中提取一组参数，并且将这组提取的参数和视频数据一起发送到接收机。在接收机处，从接收到的视频数据中提取另外一组参数，并通过比较两组参数来测量视频质 量。但是，简化参考方法的缺点在于，由于必须发射附加的参数，因而下行链路信道需要附加带宽。
NR(无参考)方法用于通过分析包含在MPEG-2TS(活动图像专家组-2传输流)中的比特流来估计视频质量。由于在无参考方法中，仅利用经解码的处理后的视频序列而未利用任何参考视频序列信息来测量视频质量，因而无参考方法的缺点在于，该方法的准确率与其它方法相比较低。
同时，在通信系统中带宽是很重要的资源。特别地，由于在无线通信系统中带宽有限而且昂贵，因此有必要使在接收机处监控视频质量所需的附加带宽降到最低。
尽管为了使附加带宽降到最低，接收机可以使用无参考方法来测量视频质量，但是由于这种方法不使用参考视频序列，因而其难于实现且不准确。另一方面，简化参考方法由于需要附加带宽而具有局限性。
此外，为了在接收机处测量传输期间发生的差错，需要参考视频序列的信息，因此会消耗信道资源。
发明内容
因此，本发明解决了现有技术中出现的上述问题。本发明的目的是提供测量多媒体数据传输质量的方法和装置，而不会消耗附加的下行链路信道资源。
为了实现上述目的，本发明提供用于测量多媒体数据传输质量的方法，包括以下步骤：(a)发射机经由信道发射多媒体数据；(b)已经从所述发射机接收到所述多媒体数据的接收机经由返回信道，向所述发射机发射关于在多媒体数据传输期间发生的差错的信息；(c)所述发射机利用发射到所述发射机的所述差错信息估计在所述接收机处的所述接收数据；(d)所述发射机通过将所述估计出的接收数据与参考数据进行比较来测量所述接收数据的传输质量。
测量传输质量的方法可能还包括步骤(e)，依据所述传输质量的评估结果，选择性地保持或改变经由所述信道的多媒体数据的传输状 态。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种用于测量多媒体数据传输质量的装置，包括：发射机，经由信道发射多媒体数据；以及接收机，接收所述多媒体数据，从所述多媒体数据中检测发生在所述信道中的差错，并经由返回信道向所述发射机发射关于所检测到的差错的信息。
所述发射机可以包括：编码单元，对源多媒体数据进行编码；估计单元，利用所述接收机发送的差错信息估计在所述接收机处的接收数据；以及评估单元，通过将所述估计出的接收数据与参考数据进行比较来评估所述接收数据的传输质量。
此外，所述发射机还可以包括控制单元，用于依据所述传输质量的评估结果，选择性地保持或改变经由所述信道的多媒体数据的传输状态。
附图说明
通过以下结合附图阐述的详细说明，可以更加清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出根据本发明的控制传输差错的视频传输方法的流程图；
图2是示出在数字通信系统中发射机上的编码器和接收机上的解码器的方框图；
图3是示出包含在根据本发明的发射机中的视频质量评估单元的方框图；
图4和图5是图3中所示单元的实施例实例；以及
图6是示出本发明最优选的实施例的方框图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述根据本发明优选实施例的用于测量多媒体数据传输质量的方法和装置的构建和操作。
在本发明中，传输的多媒体数据包括视频数据、音频数据和文本 数据。以下描述的优选实施例主要是针对作为多媒体数据类型之一的视频数据的传输来进行说明的。需要说明的是，本领域技术人员可以以类似的方式很容易地将以下所述的视频数据质量测量思想和方法扩展到音频和文本数据的传输质量测量。
图1示出根据本发明的控制传输差错的视频传输方法的流程图。
如图1所示，在根据本发明的测量视频传输质量的方法中，发射机10经由信道发射视频，其中经由发射机10和接收机11之间的下行链路(D/L)信道和返回(U/L)信道执行所述方法(步骤S10)。接收机11在已经经由信道接收到发射视频后，经由返回信道将传输期间发生的差错信息发送给发射机10(步骤S12)。
此外，该方法可以用如下方式来实现，即仅当实际检测到差错时才发送差错信息。另外，接收机11也可以利用差错隐藏技术来补偿差错。在这种情况下，发送给发射机10的差错信息也包含了关于差错隐藏技术的信息。
此外，接收机11可以从受差错影响的视频段中提取一组可用于在发射机10处的视频质量评估的参数，并且将简化参考方法所使用的这些参数连同差错信息一起发送到发射机10。然后，发射机10可以利用简化参考方法来测量受差错影响的视频段的视频质量。
然后，发射机10利用差错信息估计在接收机11处的接收视频(步骤S14)。利用返回的差错信息以及发射视频可以估计接收视频。
需要说明的是，在发射机10处可以得到关于接收机20的解码器的所有信息。换句话说，发射机具有关于接收机20的解码器类型、接收机20处使用的后处理技术等的信息。在特定的应用中，接收机20可以在通信开始时将所述信息发送到发射机10。
然后，发射机10通过将估计出的接收视频与参考视频进行比较而测量接收视频的视频质量(步骤S16)，并依据视频质量测量结果保持或者改变传输状态(步骤S18)。
可以在步骤S16处使用的视频质量测量方法包括全参考方法、简化参考方法和无参考方法。
由于全参考方法同时使用参考(源)视频和处理后的视频序列， 因而其是测量视频质量的最准确的方法。简化参考方法通过将从参考视频序列中提取的一组参数与从处理后的视频序列中提取的一组参数进行比较来测量传输质量。无参考方法仅利用处理后的视频序列而未使用参考视频序列来测量传输质量，其可用于通过分析包含于MPEG-2TS中的比特流来估计视频质量。
因此，当在发射机处可以得到源视频时，可使用全参考模型。当在发射机处不能得到源视频时，如果可以得到需要的那组参数则可使用简化参考模型。当在发射机处可以得到从源视频中提取的压缩视频数据和参数数据时，上述方法是优选的。当源视频和参数数据都不能得到时，使用无参考模型。但是需要说明的是，在大多数情况下，在发射机处可以得到压缩视频数据。因此，如果将压缩视频用作参考视频，则可以使用全参考方法。
由于传输质量是在发射机处测量的，因此本发明没有浪费下行链路信道资源。换句话说，不论将全参考、简化参考和无参考方法中的哪种方法选取作为传输质量测量方法，本发明都不会由于传输质量测量而浪费下行链路信道带宽。
另一方面，在数字通信期间可能发生的差错包括诸如包丢失、比特差错、时延、抖动等。因此，在数字通信中，如果在传输期间没有发生差错，则在接收机11处的处理后的视频的传输质量和在发射机10处的发射视频的传输质量是相同的。此外，如果接收机11告知发射机10没有发生差错或者没有返回的差错消息，则发射机认为在接收机11处的处理后的视频的传输质量和来自发射机10的发射视频的传输质量是相同的。
为了在步骤S18改变传输状态，可以执行以下操作中的至少一项，即终止视频传输、增加用于视频传输的下行链路信道带宽、应用纠错技术以及切换到其它对信道差错具有强抵抗能力的编解码器(CODEC)。
通常，在数字通信中，视频数据由编码器压缩，然后以数字格式发射。图2是说明在数字通信系统中发射机上的编码器和接收机上的解码器的方框图。
如图2所示，源视频IN由发射机20的编码单元22压缩，然后 经由通信信道24作为编码视频23而被发射。
在这种情况下，将被压缩且被发射的数据23称为发射压缩视频数据(在多媒体情况下称为发射压缩多媒体数据)，将经由通信信道24传输并被接收机接收的数据25称为接收压缩视频数据(在多媒体情况下称为接收压缩多媒体数据)。如果在通信信道24中没有发生差错，则发射压缩视频数据23和接收压缩视频数据25是相同的。将可在发射机处通过对发射压缩视频数据进行解码而得到的视频称为发射视频。
同理，将通过对接收压缩视频数据进行解码而得到的视频称为接收视频。如果在传输中没有发生差错，则在数字通信中发射视频和接收视频是相同的。
通信信道24可以是将发射机20物理连接到接收机21的有线传输介质和/或无线传输介质。有线传输介质可以用双绞线、同轴电缆或者光纤线来实现。此外，根据通信距离和网络结构，通信信道24可以包括中继器、路由器和/或网关。
信号25被输入到接收机21，在所述视频经由通信信道24传输时所述信号25经历了衰减和失真。当在接收机处播放视频时，衰减和失真就可能导致差错。在这种情况下，可以用BER(比特差错率)表示差错发生频率。
通信信道24可以用各种传输介质来构建，所述传输介质的范围从具有低BER的高可靠性介质，例如光纤，到具有高BER的低可靠性介质，例如无线传输。在具有高BER的无线通信的情况下，通过差错控制来提高通信服务的可靠性是很重要的。
包含于接收机21中的解码单元26，对接收压缩视频数据25进行解码并且输出接收视频OUT。为了使在通信信道24中发生的视频退化降到最低，解码单元26可以在解码处理中使用差错隐藏技术来补偿差错。
图3示出根据本发明优选实施例的、用于测量视频传输质量的、包含在发射机中的装置的方框图。
在发射机中，发射机处的接收视频估计单元30利用差错信息IN 31和发射视频IN32来估计接收视频。如前所述，发射视频IN32是通过对发射压缩视频数据进行解码而得到的。假设接收视频估计单元30可以得到关于CODEC及其参数的所有必要信息。需要说明的是，接收视频估计单元30可以利用差错信息IN31和发射压缩视频数据来估计接收视频。因此，应当理解，压缩视频产生单元和接收视频估计单元30属于一种装置并共享所有必要的信息。
视频质量评估单元31通过将估计出的接收视频33与参考视频IN33进行比较来测量包含差错的接收视频的传输视频质量。
图4和图5是图3所示装置的实施例。
首先，图4的接收视频估计单元40利用发射视频44和差错信息IN41对接收机所接收的接收视频进行估计，其中发射视频44是由压缩视频产生单元42利用源视频IN42产生的，差错信息IN41自接收机返回。
需要说明的是，压缩视频产生单元42和接收视频估计单元40是一个装置的两个部分并且共享所有必要的信息，例如CODEC及其参数信息。在这种情况下，接收视频估计单元40也可以利用发射压缩视频数据和差错信息来估计接收视频。
视频质量评估单元41将估计出的接收视频43与源视频IN42进行比较，以估计包含差错的接收视频的视频质量。在这种情况下，压缩视频产生单元42也可通过连接编码器和解码器来实现。还应说明，压缩视频产生单元42可被视为接收视频估计单元40的一部分。
同时，图5的接收视频估计单元50利用从接收机传送的差错信息IN51和发射视频54来产生估计的接收视频53。
视频质量评估单元51将估计的接收视频53与发射视频54进行比较，以估计包含差错的接收视频的视频质量。在这种情况下，压缩视频产生单元52可以通过连接编码器和解码器来实现。
当在发射机处无法得到源视频时可以使用图5的实施例。
图6是示出根据本发明最优选实施例的视频传输系统的方框图。
发射机60包括编码单元600、解码单元602、选择单元604、接收视频估计单元606、视频质量评估单元608以及控制单元610。接 收机61包括解码单元620和差错检测单元622。
编码单元600通过压缩源视频IN产生编码视频数据，而解码单元602通过对编码视频数据进行解码而产生发射视频616。
接收视频估计单元606利用差错信息618和发射视频616来估计接收机处的接收视频。在这种情况下，接收视频估计单元606可以包括预定大小的存储器，以在差错信息618和发射视频616之间执行时间对准(alignment)操作。还应说明，压缩视频产生单元和接收视频估计单元606是同一装置的两个部分并共享所有必要的信息，例如CODEC及其参数信息。
此外，选择单元604选择从解码单元602输出的发射视频616或者选择输入到发射机60的源视频IN，然后将其作为参考视频614输出到视频质量评估单元608，参考视频614将用于视频质量评估。
选择单元604可以包括预定大小的存储器，以使参考视频614和估计出的接收视频612同步。在这种情形下，视频质量评估单元608接收用于视频质量评估的参考视频614和估计出的接收视频612，这两者保持时间对准。
视频质量评估单元608将估计出的接收视频612与参考视频614进行比较，以测量接收视频的视频质量，该接收视频在传输时含有传输差错。在这种情况下，可将全参考方法、简化参考方法和无参考方法中的任何一种用作视频质量测量方法。
在使用无参考方法的情况下，当发射机60经由信道发射多媒体数据时，接收机61从多媒体数据中检测发生在信道中的差错，并从受差错影响的视频段中提取一组参数，经由返回信道发送到发射机60。
然后，视频质量评估单元608利用这组参数和参考数据来评估接收数据的传输质量。
依据视频质量评估单元608的评估结果626，发射机60可以保持或改变经由该信道的当前视频传输状态。作为可能的操作，可以执行如下操作中的至少一项，即终止视频传输、增加信道带宽、应用纠错技术以及切换到其它对信道差错具有强抵抗能力的CODEC。
为了达到控制视频传输的目的，发射机60还可包括控制单元 610。作为改变的操作，控制单元610可以终止视频传输或者增加信道带宽。
此外，依据评估结果626，编码单元600可以应用纠错技术或者切换到其它对信道差错具有强抵抗能力的CODEC，由此提高视频传输的可靠性并且防止带宽浪费。
包含于接收机61中的解码单元620对经由下行链路信道62发射的编码视频进行解码。
包含于接收机61中的差错检测单元622检测接收压缩视频数据中的差错，关于由差错检测单元622检测出的差错的信息经由返回信道63而被发送到发射机60。差错信息可以包括包丢失、比特差错、抖动、时延等。由于仅当检测到差错时才返回差错信息并且返回差错信息所需的带宽较小，因而对返回信道资源的消耗可被降到最低。
同时，解码单元620可以包括用于差错隐藏的装置。当由于发生了包丢失或比特差错而在接收机处丢失一些视频块时，差错隐藏技术可以从相邻帧的像素中部分地重建丢失的块。在这种情况下，返回的差错信息618应该包含关于差错隐藏技术的信息，其用在接收机61的解码单元620中。
根据本发明的测量多媒体数据传输质量的方法可以实现为存储于计算机可读记录介质中的计算机可读代码。计算机可读记录介质包括各种记录设备，在这些设备中存储计算机系统可读的程序和数据。
例如，计算机可读记录介质包括：ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、CD(光盘)-ROM、磁带、硬盘、软盘、闪存以及光数据存储设备。存储于记录介质中的计算机可读代码指一系列指令。存储于记录介质中的程序指由一系列指令所表示的程序，所述指令直接或间接地使用于具有信息处理功能的例如计算机的装置中，以便得到预定的结果。因此，术语“计算机”用于广泛地指示如下一类装置，即其配备有存储器、输入和输出设备以及运算设备，并且具有信息处理能力以利用各种各样的程序来执行特定功能。此外，根据本发明的测量多媒体数据传输质量的方法可以用示意图或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言)来表述，并且可以使用连接至计算机的例 如FPGA(可编程门阵列)的可编程集成电路来实现。此外，记录介质的概念包括可编程集成电路或者ASIC(专用集成电路)。
工业实用性
如前所述，依照本发明，由于发射机可以执行多媒体数据的质量测量并且适应性地改变当前传输状态，因而根据本发明的用于测量传输质量的方法和装置能够提高多媒体数据传输的可靠性。此外，本发明的优点还在于传输服务提供商能够利用评估结果监控用户的服务状态并且将其作为服务合同的一部分。
此外，由于不在接收机处执行发射数据的质量评估，因而发射机不需要向接收机发射用于质量评估的参数数据，并且不会消耗进行发射数据的质量测量所需的下行链路信道的附加带宽资源。
由于本发明可以被本领域的技术人员以其它形式实现，而不会脱离本发明的技术思想或基本特征，所以应该理解，前面所述的实施例是说明性的而并非在各个方面具有限制性。本发明的范围是由所附权利要求而不是具体说明所定义的，并且应当理解，从权利要求及其等价物导出的任何修改和变形都包含于本发明的范围内。

Claims (24)

1.一种用于测量多媒体数据传输质量的方法，包括以下步骤：
(a)发射机经由信道发射多媒体数据；
(b)从所述发射机接收所述多媒体数据的接收机经由返回信道，向所述发射机发射关于在多媒体数据传输期间发生的差错的信息；
(c)所述发射机利用所述差错信息估计在所述接收机处的所述接收数据；
(d)所述发射机通过将所述估计出的接收数据与参考数据进行比较来测量所述接收数据的传输质量。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(b)以如下方式执行，即，仅当检测到所述多媒体数据的传输差错时才经由所述返回信道向所述发射机发射所述差错信息。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(b)包括通过对所述接收的多媒体数据应用差错隐藏技术来补偿差错的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述步骤(b)以如下方式执行，即，经由所述返回信道向所述发射机发射关于所采用的差错隐藏技术的信息和差错信息。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(c)以如下方式执行，即，利用从所述接收机返回的所述差错信息和所述发射的多媒体数据来估计所述接收数据。
6.如权利要求5所述的方法，其中：
在所述步骤(a)，所述发射机对所述多媒体数据进行编码，并经由所述信道发射所述编码多媒体数据；以及
在所述步骤(c)，通过对所述编码多媒体数据进行解码来得到所述发射的多媒体数据。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述参考数据是所述发射的多媒体数据。
8.如权利要求7所述的方法，其中：
在所述步骤(a)，所述发射机对所述多媒体数据进行编码，并经由所述信道发射所述编码多媒体数据；以及
在所述步骤(c)，通过对所述编码多媒体数据进行解码来得到所述发射的多媒体数据。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(d)以如下方式执行，即，利用全参考方法、简化参考方法和无参考方法中的任意一种方法来估计所述传输质量。
10.如权利要求1所述的方法，在所述步骤(d)后还包括以下步骤：
步骤(e)，依据所述传输质量的评估结果，选择性地保持或改变经由所述信道的所述多媒体数据的传输状态。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述步骤(e)以如下方式执行，即，依据传输质量的评估结果，执行下列操作中的至少一项，即终止视频传输、增加所述信道带宽、采用纠错技术以及切换到其它对所述信道差错具有强抵抗能力的编解码器，以便改变所述传输状态。
12.一种用于测量多媒体数据传输质量的装置，包括：
发射机，经由信道发射多媒体数据；以及
接收机，接收所述多媒体数据，从所述多媒体数据中检测发生在所述信道中的差错，并经由返回信道向所述发射机发射关于所检测到的差错的信息，其中所述发射机包括，
编码单元，将源多媒体数据编码为编码多媒体数据，
估计单元，利用所述返回的差错信息估计在所述接收机处的接收数据，以及
评估单元，通过将所述估计出的接收数据与参考数据进行比较来评估所述接收数据的传输质量。
13.如权利要求12所述的装置，其中仅当所述信道中发生差错时，所述接收机才经由所述返回信道向所述发射机发射差错信息。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述接收机包括用于通过对所述接收的多媒体数据应用差错隐藏技术来补偿差错的装置。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述接收机经由所述返回信道向所述发射机发射关于所述差错隐藏技术的信息和所述差错信息。
16.如权利要求12所述的装置，其中所述估计单元利用所述返回的差错信息和发射的多媒体数据来估计所述接收数据。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述发射机还包括：
解码单元，对编码多媒体数据进行解码并输出所述发射的多媒体数据。
18.如权利要求12所述的装置，其中所述参考数据是所述发射的多媒体数据。
19.如权利要求12所述的装置，其中所述评估单元利用全参考方法、简化参考方法和无参考方法中的任意一种方法来估计所述传输质量。
20.如权利要求12所述的装置，其中所述发射机还包括：
控制单元，用于依据所述传输质量的评估结果，选择性地保持或改变经由所述信道的所述多媒体数据的传输状态。
21.如权利要求20所述的装置，其中所述控制单元依据传输质量的评估结果执行以下操作中的至少一项，即终止视频传输以及增加所述信道带宽。
22.如权利要求20所述的装置，其中所述编码单元依据传输质量的评估结果执行以下操作中的至少一项，即应用纠错技术以及切换到其它对信道差错具有强抵抗能力的编解码器。
23.一种用于测量多媒体数据传输质量的方法，包括以下步骤：
(a)发射机经由信道发射多媒体数据；
(b)从所述发射机接收所述多媒体数据的接收机经由返回信道向所述发射机发射一组参数，所述参数是从受到多媒体数据传输期间发生的差错影响的视频段中所提取的；
(c)所述发射机利用所述一组参数和参考数据来测量所述接收数据的传输质量。
24.一种用于测量多媒体数据传输质量的装置，包括：
发射机，经由信道发射多媒体数据；以及
接收机，接收所述多媒体数据，从所述多媒体数据中检测发生在所述信道中的差错，以及从受到所述差错影响的视频段中提取一组参数，并经由返回信道发送到所述发射机，其中所述发射机包括，
编码单元，将源多媒体数据编码为编码多媒体数据；以及
评估单元，利用所述一组参数和参考数据评估所述接收数据的传输质量。
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