DE60020672T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wiederholung der Videodatenrahmen mit Prioritätsstufen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Wiederholung der Videodatenrahmen mit Prioritätsstufen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenübertragungsverfahren und Vorrichtung und insbesondere Video-Streaming-Anwendungen.
  • Bei der Video- und Multimedia-Kommunikation gibt es viele Anwendungen, bei denen Videoströme über nicht zuverlässige Kanäle geliefert werden. Beispiele solcher Anwendungen sind Personal Computer, TV-Geräte und Computerkarten, MPEG-Decoder und Platinen, Multimedia-Transceiver-Systeme und Set-top-Empfängereinheiten, DVD-Geräte, Videorekorder und CCD-Kameras, Videosignaleinrichtungen, Frame-Grabber und Bilderfassungsplatinen, industrielle und medizinische Abbildungserzeugnisse, Videodrucker und Projektoren oder dergleichen. Man wird daher einsehen, dass sowohl im Verbrauchermackt als auch in professionellen Anwendungen viele Arten von Video-Streaming-Anwendungen sowohl in Software aus auch in Hardware existieren.
  • Ein Videostrom besteht aus einem Fluss von Bitpaketen, genannt Rahmen, die Information über das Videobild selbst sowie einige Meta-Information, z.B. Zeitstempel, enthalten. Die Rahmen enthalten die Videoinformation in verschiedenen Formaten, die von der Videokompression abhängen. Einige dieser Rahmen können unabhängig verwendet werden, so genannte intracodierte Rahmen oder I-Rahmen, während andere von dem vorangehenden Rahmen abhängen, so genannte prädiktiv codierte oder P-Rahmen.
  • 1 veranschaulicht ein herkömmliches Video-Streaming-System. Ein Video-Server 110 sendet Viodedaten über einen Kanal 150 an einen Video-Client 160. Zu diesem Zweck enthält der Video-Server 110 eine Senderpuffereinheit 130, die Videorahmen fast ohne Verzögerung von einer Videoquellen-Anwendung 120 empfängt. Die Bitrate dieser internen Übertragung ist nur durch die Bitrate der Videoquellen-Anwendung begrenzt. In der Senderpuffereinheit 130 erfahren die Rahmen zuerst eine Segmentierung, d.h., Datenpakete werden durch Protokolle tieferer Schichten in kleinere Segmente geteilt, wobei die Zahl von Segmenten von der Länge des Pakets abhängt, die variabel ist und z.B. 200 oder 2,000 Byte betragen kann. Diese Segmentierung bestimmt einen Teil der Übertragungszeit für das jeweilige Paket.
  • Sobald die Rahmen die Segmentierung erfahren haben, werden die Segmente auf dem Kanal in definierten Zeitschlitzen entsprechend der verfügbaren Kanalbitrate gesendet. In unzuverlässigen Kanälen treten Bitfehler auf, und die verfügbare Kanalbitrate verändert sich zeit lich, wenn sich mehrere Benutzer in den Kanal teilen. Dies führt zu einer bedeutsamen und veränderlichen Ausbreitungsverzögerung.
  • Zugang zu dem Kanal erhält die Senderpuffereinheit 130 von einer Kanalzugangssteuerung 140. Da die Bitrate des Kanals 150 niedriger ist als die Bitrate des von der Videoquellen-Anwendung 120 empfangenen Videostromes, werden die Segmente, die nicht gesendet werden konnten, durch die Senderpuffereinheit 130 in einer First-in-first-out- (FIFO)-Warteschlangenordnung gepuffert. Die Senderpuffereinheit und die Kanalzugangssteuerung sind getrennte Wesenheiten und völlig unabhängig von der Videoanwendung. Die Videoquellen-Anwendung 120 empfängt somit keinerlei Rückmeldung über den Status der Rahmen dahin gehend, ob sie bereits gesendet sind oder ob sie gepuffert sind. Alle Daten werden von der Senderpuffereinheit 130 in der Reihenfolge gesendet, in der sie eingetroffen sind.
  • Die von dem Video-Server 110 gesendeten Segmente oder PDUs (Protokoll-Dateneinheiten) werden von dem Video-Client 160 in einer Empfängerpuffereinheit 170 empfangen. Die Empfängerpuffereinheit 170 enthält einen Puffer zum Speichern der empfangenen Daten und setzt auch die Rahmen wieder aus den Segmenten zusammen. Die Videorahmen werden dann an eine Videoanzeige-Anwendung 180 gesendet, die z.B. ebenfalls eine Speichervorrichtung oder dergleichen sein könnte.
  • Zwei Hauptprobleme treten bei Videoübertragungen über unzuverlässige Verbindungen auf. Das erste Problem ist, dass wegen Änderungen in dem Kanalzustand die Bitfehlerrate zunehmen kann, sodass Paketverlust vorkommt. Da komprimierte Videoströme für Paketverlust äußerst anfällig sind, wird die Videoqualität dramatisch verringert. Das zweite Problem kann aus der veränderlichen und manchmal sehr hohen Verzögerung der Videodaten entstehen, was zu Situationen führen könnte, wo die Verzögerungsbedingungen für die Übertragung nicht mehr erfüllt werden und die Videoleistung erneut dramatisch verringert wird.
  • Um den Paketverlust zu verringern, existieren im Stand der Technik mehrere Mechanismen. Einer dieser Mechanismen ist ein Verfahren, genannt automatische Wiederholanforderung (ARQ), entsprechend dem der Verlust eines Pakets im Empfänger erfasst und der Sender entsprechend informiert wird. Der Sender wiederholt dann automatisch die Übertragung des verlorenen Pakets, sodass fehlende Videorahmen erneut gesendet werden. Wegen der Verzögerungsanforderungen und/oder der begrenzten Bandbreite des Transportkanals können jedoch nicht alle verlorenen Pakete neu gesendet werden. Außerdem führen solche Systeme des Standes der Technik zu einer höheren Verzögerung, die in keinem Fall hingenommen werden könnte.
  • Ein System des Standes der Technik zur Überwindung des zweiten Problems, d.h. das Vorkommen einer veränderlichen und manchmal sehr hohen Kanalverzögerung, wird Echtzeit-Transportprotokoll (RTP) genannt. Um die Anzeigezeiten zu kontrollieren und mit den Echtzeit-Anforderungen fertig zu werden, fügt dieses Protokoll den Videorahmen einige Information hinzu, z.B. Zeitstempel und Sequenznummern, die in RTP-Paketen eingekapselt sind. Diese Information wird benutzt, um die Videorahmen zur rechten Zeit und in richtiger Folge zu senden. Der Empfänger kann einige Messungen durchführen, z.B. das Zittern der Verzögerung, und kann die Quelle über die Ergebnisse mithilfe des RTP-Steuerprotokolls (RTCP) informieren.
  • Ein Weg, mit beiden Problemen fertig zu werden, d.h. Paketverlust und Kanalverzögerung, besteht darin, die RTP-Technik zu verbessern, sodass nur die I-Rahmen neu gesendet werden und dass vor dem Senden irgendeines Rahmens eine Entscheidung dahin gehend getroffen wird, ob der neu gesendete I-Rähmen rechtzeitig ankommen würde. Eine solche Integration von Neuübertragungs-Mechanismen in die RTP-Technik kann z.B. unter Verwendung von Vielzweck-Bestätigungs- (MACK) Paketen erfolgen, die durch protokollspezifische Felder erweitert werden können. Durch Beschränken des Neuübertragens auf I-Rahmen und Einführen einer Timer-basierten Beurteilung zum Entscheiden, ob ein Rahmen zu senden oder wegzuwerfen ist, werden beide Probleme angesprochen, was zu einer erhöhten Videoqualität führt, weil mehr Rahmen angezeigt werden können. Die Verzögerung wird durch Wegwerfen "alter" Rahmen, d.h. Rahmen, die nach Ablauf ihrer Anzeigezeit empfangen werden würden, in einem angemessenen Bereich gehalten.
  • Solche Systeme würden jedoch einen bedeutsamen Grad an Nicht-Anpassungsfähigkeit aufweisen, weil die Neuübertragungen auf die I-Rahmen begrenzt sind, selbst wenn genug freie Bandbreite verfügbar ist, um alle Rahmen neu zu senden. Unter bestimmten Kanalbedingungen werden viele richtig empfangene P-Rahmen im Video-Client weggeworfen, weil der vorangehende P-Rahmen nicht korrekt empfangen wurde.
  • Des Weiteren arbeiten solche Techniken dürftig, weil Rahmen gesendet werden, die weggeworfen worden sein sollten, und umgekehrt. Der Grund ist, dass die Beurteilung, ob ein Rahmen zu senden oder wegzuwerfen ist, auf einer festen, geschätzten Übertragungszeit basiert, die zu Beginn der Übertragung für jedes Paket festgelegt wird und, unabhängig von dem Kanalzustand und der jeweiligen Paketlänge, für alle Pakete die gleiche ist. Die feste, geschätzte Übertragungszeit wird benötigt, um die Zeit zu berechnen, zu der der Rahmen empfangen werden würde.
  • Ein ähnliches Verfahren zum selektiven Neuübertragen fehlender Datenpakete eines Datenstromes wird in US 5,918,002 offenbart. Das Neuübertragen wird basierend auf Datentypen der Datenpakete priorisiert. Zum Beispiel wird, da Eltern-I-Rahmen benötigt werden, um abhängige Kind-P-Rahmen zu erzeugen, Datenpaketen, die I-Rahmen enthalten, höhere Priorität zum Übertragen und/oder Neuübertragen vor Datenpaketen gegeben, die nur P-Rahmen enthalten. Des Weiteren ist die Sequenz der Neuübertragungsanforderungen prioritätsabhängig.
  • Eine andere Technik, die sich mit dem Fortsetzen einer Wiedergabe unter Erwägen der unterschiedlichen Bedeutung von I- und P-Rahmen befasst, wird in US 5,784,527 offenbart.
  • In US 5,768,527 wird offenbart, dass nach Erfassen eines verlorenen Pakets die Client-Vorrichtung eine Anzahl mehrfacher Kopien des verlorenen Pakets anfordert, wobei die Anzahl von der Wichtigkeit des verlorenen Rahmens abhängt.
  • JP 10 126772 A beschreibt eine Neusendungs-Rahmenzuteilungstabelle, wo ein I-Rahmen durch einen Code "001" als hoher Rang identifiziert wird, ein P-Rahmen durch einen Code "010" als Zwischenrang identifiziert wird, und ein B-Rahmen durch einen Code "011" als niedriger Rang identifiziert wird. Diesem Dokument zufolge werden, wenn ein Code "010", der einen P-Rahmen identifiziert, in der Neusendungs-Rahmenzuteilungstabelle eingetragen ist, alle verlorenen I-Rahmen und P-Rahmen unbedingt neu übertragen.
  • EP-0905976 betrifft ein Verfahren des Verarbeitens, Übertragens und Empfangens von Bilddaten und eine Vorrichtung dafür. Dieses Dokument offenbart, eine Priorität zu einem Kommunikationsvorspann hinzuzufügen und eine Priorität in einen Vorspann eines zu codierenden Bitstromes einzubetten, um eine Priorität unter Überlast zu definieren. Eine Strompriorität zum Definieren der Priorität zur Verarbeitung unter Überlast in Bitströmen, z.B. Bild und Ton, und eine Rahmenpriorität zum Definieren der Priorität zur Verarbeitung von Rahmen unter Überlast, z.B. Bildrahmen in dem gleichen Strom, werden definiert. Die erstere Strompriorität macht es möglich, eine Vielzahl von Videos oder Audios zu handhaben, während die letztere Rahmenpriorität es möglich macht, eine unterschiedliche Priorität zu einer unterschiedlichen Bildszene hinzuzufügen oder den gleichen intrarahmencodierten Bildrahmen (I-Rahmen) entsprechend der Absicht eines Herausgebers zu ändern.
  • Der erwähnte Stand der Technik führt jedoch zu den oben beschriebenen Nachteilen, wenn Videodaten über einen unzuverlässigen Kanal übertragen weiden, das heißt, eine verringerte Videostromqualität infolge einer eingeschränkten Kapazität, und weil die Techniken des Standes der Technik die Kanalbandbreite ineffizient nutzen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Empfangen und Senden von Videodaten, die einen Datenstrom bilden, bereitzustellen, die zu erhöhter Videoqualität führen, wenn sie auf einem unzuverlässigen Kanal betrieben werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß erfüllt, wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Erfindungsgemäß wird die Neuübertragung verlorener Datenrahmen auf der Basis eines Vergleichs der Prioritätsstufe des Rahmens mit einem Schwellenwert durchgeführt. Dies geht über die Lehre des Standes der Technik hinaus, weil nicht nur I-Rahmen neu gesendet werden können. Durch Bereitstellen einer Prioritätsschwelle erlaubt die Erfindung folglich eine Anpassung des Übertragungsvermögens an eine Zahl von Faktoren, die tatsächliche Kanaleigenschaften einschließen. Entsprechend einer bevorzugten Ausführung wird die Prioritätsstufe jedes zu übertragenden Datenrahmens mit dem Schwellenwert verglichen. Mit der Erfindung ist es daher möglich, die Videoqualität zu erhöhen, selbst wenn der Prioritäts-Schwellenwert fest ist.
  • Die Erfindung ist daher besonders vorteilhaft, wenn sie auf komprimierte Video- (z.B. MPEG-4) Streaming-Übertragungen über unzuverlässige (z.B. drahtlose) Strecken angewandt wird.
  • Das Vergleichen der Prioritätsstufe des fehlenden Datenrahmens mit einem Schwellenwert und Übertragen des Rahmens auf der Basis des Vergleichsergebnisses kann sowohl auf der Server-Seite als auch der Client-Seite vorteilhaft durchgeführt werden. Wenn die Entscheidung im Client getroffen wird, besteht keine Notwendigkeit, Neuübertragungsanforderungen in den Fällen zu senden, wo die Entscheidung verneint wird, aber die Priorität des tatsächlichen Rahmens übertragen werden muss. Dies führt zu einer höchst effizienten Nutzung der Kanalbandbreite in Uplink-Richtung, aber die übertragenen Daten in der Downlink-Richtung werden etwas erhöht. Wenn andererseits die Übertragungsentscheidung auf der Server-Seite getroffen wird, empfängt der Server Rückmeldeinformation, die wertvoll sein könnte. Des Weiteren könnte der Client von einem weniger teuren Konstruktionsentwurf sein.
  • Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Wenn die Übertragungsentscheidung auf der Server-Seite getroffen wird, ist es vorteilhaft, wenn die Neuübertragungsanforderungen des Client die Empfangszeiten und Rahmenlängen von zwei vorangehenden Datenrahmen enthalten. Unter Verwendung dieser Information wäre der Server in der Lage, sein Wissen über den Kanalstatus höchst effizient zu akuali sieren, die Verzögerungsanforderungen einzuhalten und die Kanalbandbreiten zu nutzen.
  • Außerdem, da im Gegensatz zu den Systemen des Standes der Technik die Übertragungszeit der Pakete während des Video-Streamings gemessen wird, wird sie nicht länger als für alle Pakete gleich angenommen. Änderungen in der Übertragungszeit können daher zu einer dynamischen Anpassung der Videostromqualität an wechselnde Kanalbedingungen führen.
  • Unabhängig davon, ob die Übertragungsentscheidung auf der Senderseite oder auf der Empfängerseite vorgenommen wird, werden den Datenrahmen Prioritätsstufen vorzugsweise auf der Basis der logischen Tiefe der Vielfachabhängigkeit zugeteilt. Durch diese Maßnahme wird übrigens in Betracht gezogen, dass die Rahmen, die unabhängig (I-Rahmen) sind, die wichtigsten Rahmen sind, wogegen abhängige Rahmen weniger wichtig sind. Des Weiteren wird im Gegensatz zum Stand der Technik auch die Gruppe von unabhängigen Rahmen in wichtigere und weniger wichtige Rahmen geteilt. Dies erlaubt eine Feinabstimmung des Neuübertragungsverhaltens in einem Ausmaß, das von dem Stand der Technik nicht bekannt ist.
  • Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Verbesserung der Videoqualität gesteigert werden kann, indem die Übertragungsentscheidung dynamisch getroffen wird. Einer bevorzugten Ausführung der Erfindung entsprechend erfolgt dies durch Berechnen des Prioritäts-Schwellenwertes basierend auf der gemessenen verfügbaren Kanalbandbreite. Zusätzlich kann die gemessene Sendebitrate verwendet werden. Der Ausgleich für fehlende Pakete kann folglich nochmals verbessert werden.
  • Des Weiteren kann die Erfindung mit der Bedindung kombiniert werden, dass ein verlorener Rahmen nur neu übertragen wird, wenn zu erwarten ist, das der neu übertragene Rahmen noch rechtzeitig ankommen wird. Besonders in Fällen, wo die Kanalbandbreite zwischen mehreren Benutzern oder Anwendungen geteilt wird, ist es sehr wichtig, so wenig Daten wie möglich zu übertragen. Dies gilt besonders dann, wenn der Benutzer für die genutzte Bandbreite, d.h. die übertragenen Bits, zu bezahlen hat. Wenn es neu übertragene Videopakete gibt, die den Empfänger wegen der hohen Nutzung des Kanals nicht rechtzeitig erreichen würden, wird Bandbreite verschwendet. Diese Bandbreite könnte entweder für die Neuübertragung von Rahmen, die eine höhere Priorität haben, oder von anderen Benutzern oder Anwendungen benutzt werden.
  • Die Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
  • 1 zeigt ein Video-Streaming-System des Standes der Technik.
  • 2 zeigt ein Video-Streaming-System nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung.
  • 3 eine Grafik, die die Prioritätszuteilung an die Rahmen nach der bevorzugten Ausführung der Erfindung veranschaulicht.
  • 4 ist ein Flusdiagramm, das den Prozess des Sendens eines Videostromes veranschaulicht.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das die Neuübertragungsentscheidung in dem Prozess des Sendens eines Videostromes, wie in 4 gezeigt, veranschaulicht.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein erstes Beispiel der Prioritätsentscheidung veranschaulicht, die Teil der in 5 gezeigten Neuübertragungsentscheidung ist.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein zweites Beispiel der Prioritätsentscheidung veranschaulicht.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das ein drittes Beispiel der Prioritätsentscheidung veranschaulicht.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess des Empfangens eines Videostromes veranschaulicht.
  • Nun auf 2 verweisend enthält der Video-Server 110 eine Videoquellen-Anwendung 120, eine Sendepuffereinheit 130 und eine Kanalzugangssteuerung 140, die im Wesentlichen so arbeiten wie im Kontext des Video-Streaming-Systems des Standes der Technik von 1 beschrieben. Desgleichen enthält der Video-Client 160 eine Empfängerpuffereinheit 170 und eine Videoanzeige-Anwendung 180. Daten werden von dem Video-Server 110 über einen Kanal 150 an den Video-Client gesendet.
  • Der Video-Client 160 umfasst weiter eine Verlusterfassungseinheit 240, die mit der Empfängerpuffereinheit 170 verbunden ist. Sobald die Verlusterfassungseinheit 240 feststellt, dass ein Rahmen fehlt, erzeugt sie eine Neuübertragungsanforderung, die vorzugsweise die Empfangszeiten und Rahmenlängen von zwei vorangehenden Datenrahmen enthält. Zu diesem Zweck speichert die Verlusterfassungseinheit 240 während des normalen Betriebes den Zeitstempel und die Länge der allerletzten zwei Pakete. Sobald die Neuübertragungsanforderung erzeugt ist, die ein Nicht-Bestätigungs- (NACK) oder ein Mehrzweck-Bestätigungs- (MACK) Paket sein kann, erfährt die Anforderung eine Segmentierung durch die Senderpuffereinheit 250 und wird unter Kontrolle der Kanalzugangssteuerung 210 über den Kanal 150 an den Video-Server 110 gesendet.
  • Im Video-Server 110 empfängt die Empfängerpuffereinheit 230 die Daten und setzt die Anforderung wieder zusammen. Die Anforderung wird dann an die Steuereinheit 210 und an den Neuübertragungspuffer 220 übergeben. Der Neuübertragungspuffer 220 puffert die von der Videoquellen-Anwendung 120 an den Senderpuffer 130 gesendeten I- und P-Rahmen für Neuübrtragungszwecke.
  • Nach Empfang der Zeit- und Längeninformation der zwei letzten Pakete aktualisiert die Steuereinheit 210 die Prioritätsschwellen. Wenn Videorahmen von der Videoquellen-Anwendung oder dem Neuübertragungspuffer 220 empfangen werden, führt sie die Übertragungsentscheidung auf der Basis der den Datenrahmen zugeteilten Prioritätsstufen durch. Die Zuteilung von Prioritäten zu Rahmen wird ausführlicher in 3 veranschaulicht.
  • Wie daraus zu ersehen ist, wurde erfindungsgemäß I-Rahmen die höchste Priorität gegeben, da ein I-Rahmen durch die Videoanzeige-Anwendung 180 unabhängig von anderen Rahmen angezeigt werden kann. Der erste P-Rahmen, der dem I-Rahmen am nächsten folgt, hängt nur von dem vorangehenden I-Rahmen ab. Der zweite P-Rahmen hängt von dem ersten P-Rahmen ab, und da der erste P-Rahmen von dem I-Rahmen abhängt, ist der zweite P-Rahmen zweifach abhängig und daher weniger wichtig als der erste P-Rahmen. Dieses Schema kann für die folgenden P-Rahmen angenommen werden, sodass P-Rahmen mit höherer Tiefe der Mehrfachabhängigkeit, d.h. spätere P-Rahmen, noch weniger wichtig sind und daher die niedrigeren Prioritätsstufen erhalten. In der Ausführung von 3 wird die Priorität für den n-ten P-Rahmen auf 1/n gesetzt. Die Fachleute in der Technik werden jedoch erkennen, dass eine andere funktionale Abhängigkeit gewählt werden kann.
  • Nun auf 4 verweisend enthält der Prozess des Sendens eines Videostromes den Schritt des Empfangens eines Videorahmens von der Videoquellen-Anwendung 120 (Schritt 410). Dann wird in Schritt S420 geprüft, ob eine Neuübertragungsanforderung empfangen wurde. Wenn keine Neuübertragungsanforderung empfangen wurde, geht der Prozess mit Schritt S440 weiter, andernfalls wird die Information von der Neuübertragungsanforderung benutzt, um zuerst die Kanalschätzung zu aktualisieren (Schritt S430). In Schritt S440 wird die Übertragungsentscheidung getroffen, die in den nächsten Figuren ausführlich beschrieben werden wird.
  • Die Übertragungszeit eines Rahmens besteht aus zwei Teilen. Ein Teil ist unabhängig von der Länge des Rahmens, während der andere Teil längenabhängig ist. Die rahmenlängenunabhängige Zeit besteht hauptsächlich aus der Netzwerk-Verzögerung, d.h. der Ausbreitungsverzögerung, und der Pufferungsverzögerung infolge Überfüllung. Im Gegensatz dazu wird die rahmenlängenabhängige Verzögerung durch die Segmentierung und die verfügbare Bandbreite bestimmt. Die folgende Gleichung beschreibt die Übertragungsverzögerung von Rahmen i: Di=t1+Ii×t2 wo Di die Übertragungsverzögerung ist, ii die Rahmenlänge in Bits ist, t1 die rahmenlängenunabhängige Zeit ist, und t2 die rahmenlängenabhängige Zeit pro Bit ist.
  • Angenommen, dass die Zeiten t1 und t2 zwischen zwei Paketankünften fast konstant sind, dann kann die Gleichung aufgelöst werden, wenn die Übertragungsverzögerungen D1 und D2 von zwei vorangehenden Rahmen vorher gemessen wurden: t1 = (D2Ii1 – D1I2)/(I1 – I2), t2 = (D1 – D2)/(I1 – I2)
  • Es ist folglich möglich, die Übertragungsverzögerung eines fehlenden Rahmens aus den Zeiten t1 und t2 zu berechnen, die auf der Basis der Übertragungsverzögerungen von zwei vorangehenden Rahmen bewertet werden. Zu diesem Zweck speichert die Verlusterfassungseinheit 240 die Empfangszeiten und Paketlängen der allerletzten Rahmen. Wenn ein Fehler auftritt, werden diese Werte und die Werte des fehlenden oder fehlerhaft empfangenen Rahmens an den Video-Server 110 gesendet. Dies kann entweder durch Anhängen eines Empfänger-Reports an das NACK-Paket oder unter Verwendung eines MACK-Pakets erfolgen. Das durch Ergänzen des NACK- oder MACK-Pakets mit solcher zusätzlichen Information hinzugefügte Overhead ist vernachlässigbar klein.
  • Wenn in Schritt S440 entschieden wird, dass der Rahmen weggeworfen werden sollte, geht der Prozess zu Schritt S460. Wenn der Rahmen an den Sendepuffer 130 gesendet werden sollte, wird Schritt S450 ausgeführt. Dann wird in Schritt S470 die Sendebitrate aktualisiert, und die Steuereinheit 240 wird auf den nächsten von der Videoquellen-Anwendung 120 oder dem Neuübertragungspuffer 220 zu empfangenden Rahmen warten (Schritt S410).
  • Die Übertragungsentscheidung von Schritt S440 wird nun mit Verweis auf 5 ausführlicher beschrieben. Bevor die Priorität mit einem Schwellenwert verglichen wird, wird ein Mechanismus eingeführt, um entsprechend einer geschätzten Ankunftszeit zu entscheiden, ob der Rahmen gesendet oder weggeworfen werden soll, da es nicht nötig ist, Rahmen zu senden, die bereits zu spät sind. Zu diesem Zweck wird die Ankunftszeit des Rahmens ge schätzt, d.h. die Übertragungsverzögerung wird in Schritt S510 berechnet.
  • Wenn dann in Schritt S520 festgestellt wird, dass die geschätzte Ankunftszeit später als die gewünschte Zeit zum Anzeigen des Videorahmens ist, wird der Rahmen weggeworfen, anstatt übertragen zu werden. Anderfalls bewertet die Steuereinheit 210 die Priorität des fehlenden Rahmens, wie nun ausführlicher erklärt wird.
  • Nun auf 6 verweisend erlangt die Steuereinheit 210 zuerst die Prioritätsstufe des Rahmens in Schritt S610 und grift dann in Schritt S620 auf den festen Schwellenpegel zu. Es sollte zwei verschiedene Prioritätsstufen geben. Eine für Rahmen, die zum ersten Mal übertragen werden (möglicherweise werden alle Rahmen zum ersten Mal übertragen), und eine für die Wiederübertragungen. Die festen Schwellenpegel sind zum Zeitpunkt der Übertragungseinrichtung entsprechend der Kanalbedingung und Videobitrate zu dieser Zeit definiert worden. Dann wird in Schritt S630 entschieden, ob die Prioritätsstufe des Rahmens den Prioritäts-Schwellenpgel übersteigt. Nur in diesem Fall wird der Rahmen übertragen. Andernfalls wird entschieden, den Rahmen wegzuwerfen.
  • Während dies vorteilhaft nur ein minimales Overhead und Implementierungsaufwand mit sich bringt, kann es verbessert werden, wie aus 7 hervorgeht. Der in 7 veranschaulichte Prozess unterscheidet sich von dem von 6 hauptsächlich dadurch, dass kein fester Schwellenpegel benutz wird, sondern dass die Prioritätsschwelle basierend auf der gemessenen, verfügbaren Kanalbandbreite berechnet wird (Schritte S710, S720). Dieses Schema basiert auf der Vorstellung, dass, wenn nur eine kleine Bandbreite des Kanals verfügbar ist, es besser sein könnte, nur Rahmen mit höherer Priorität zu senden.
  • Da die verfügbare Bandbreite der Kehrwert von t2 ist, kann die Messung der verfügbaren Kanalbandbreite von der vorerwähnten Messung der Übertragungsverzögerungen Gebrauch machen: Bch = 1/t2
  • Die in Schritt S710 gemessene verfügbare Kanalbandbreite Bch wird dann in Schritt S720 benutzt, um den Prioritätsschwellenwert Pth nach der folgenden Gleichung zu berechnen: Pth =k × Bv/Bch wo Bv die für die Videoübertragung benötigte Bandbreite ist, wenn überhaupt keine Wiederübertragungen durchgeführt werden, und k ein Faktor ist, um den Mechanismus an das System und die Bitfehlerrate anzupassen, die für die Übertragung als fest angenommen wird. Es sollte zwei verschiedene k-Faktoren geben. Einer für erstmalige Übertragungen (mögli cherweise sollten alle Rahmen zum ersten Mal übertragen werden) und einer für die Wiederübertragungen.
  • Noch eine weitere Verbesserung des Prioritätsentscheidungsprozesses kann wie in 8 veranchaulicht erreicht werden, indem in Schritt S810 zusätzlich die Bitrate des gesendeten Rahmens gemessen wird. Diese Verbesserung basiert auf der Entdeckung, dass bei schlechten Kanalbedingungen, d.h. hohen Bitfehlerraten, die Zahl erneut zu übertragender Rahmen zunimmt. Es ist daher vorteilhaft, die Datenmenge, die gesendet wurde, zu überwachen, um sicherzustellen, dass genug Kanalbandbreite reserviert ist, um wenigstens die wichtigen Rahmen zu übertragen. Um die Bitrate gesendeter Rahmen zu schätzen, wird eine mittlere Bitrate über eine Anzahl vorangehender Rahmen, die gesendet wurden, nach der folgenden Gleichung berechnet:
  • Figure 00110001
  • In dieser Gleichung ist Bs die Bitrate der gesendeten Rahmen, p und q bezeichnen die ältesten und die zuallerletzt gesendeten Rahmen, und Ii, tq und tp sind die vorher gespeicherten Längen in Bits und Übertragungszeiten der betreffenden Rahmen.
  • Unter Verwendung der in Schritt S810 gemessenen Bitrate Bs von gesendeten Rahmen wird dann der Prioritätsschwellenwert Pth in Schritt S820, ähnlich der oben beschriebenen Berechnung, berechnet: Pth=k × Bs/Bch
  • Während die Übertragungsmechanismen auf der Basis einer Prioritätsentscheidung zusammen mit einer Schätzung der Ankunftszeit beschrieben wurden, werden die Fachleute in der Technik erkennen, dass die Mechanismen gleichermaßen unabhängig voneinander verwendet werden können.
  • 9 veranschaulicht den Prozess des Empfangens eines Videostromes im Video-Client 160. Nach Erfassen in Schritt S902, dass ein Videorahmen fehlt, wird eine Neuübertragungsanforderung in Schritten S930 und S940 erzeugt und gesendet, wie oben beschrieben. Während in der bevorzugten Ausführung die Neuübertragungsentscheidung durch die Steuereinheit 210 des Video-Servers 110 durchgeführt wird, wird der Fachmann erkennen, dass die Entscheidung, ob ein fehlender Rahmen neu zu übertragen ist, ebenso im Empfänger ge troffen werden kann. Zu diesem Zweck würde der Video-Client 160 eine Steuereiheit (nicht gezeigt) umfassen, um den Prioritätsschwellenwert zu berechnen und die Prioritätsstufe des fehlenden Rahmens mit dem Schwellenwert zu vergleichen. Nur falls entschieden wird, den fehlenden Rahmen neu zuübertragen, würde eine Neuübertragungsanforderung von dem Video-Client 160 an den Video-Server 110 gesendet werden. Der in 5 bis 8 gezeigte Neuübertragungs-Entscheidungsschritt S440 würde dann in den Prozess des Empfangens des Videostromes in 9 vor dem Schritt S930 des Erzeugens einer Neuübertragungsanforderung einbezogen werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Übertragen von Videodaten von einem Server zu einem Client, wobei die Daten in Datenrahmen angeordnet sind, die einen Datenstrom bilden, der intracodierte Rahmen, die als I-Rahmen bezeichnet werden, und prädiktiv codierte Rahmen umfasst, die als P-Rahmen bezeichnet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Zuteilen einer Prioritätsstufe zu jedem Rahmen; Empfangen (S420) in dem Server einer Wiederübertragungsanforderung des Client nach einem Datenrahmen; Vergleichen (S630, S730, S830) der Prioritätsstufe des angeforderten Datenrahmens mit einem Prioritäts-Schwellenwert, und Wiederübertragen (S450) des angeforderten Datenrahmens, wenn die Prioritätsstufe höher ist als der Prioritäts-Schwellenwert, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Zuteilens von Prioritätsstufen zu Rahmen das Zuteilen niedrigerer Prioritätsstufen zu P-Rahmen mit höherer Mehrfachabhängigkeitstiefe enthält.
  2. Verfahren zum Empfangen von Videodaten von einem Server, wobei die Daten in Datenrahmen angeordnet sind, die einen Datenstrom bilden, der intracodierte Rahmen, die als I-Rahmen bezeichnet werden, und prädiktiv codierte Rahmen umfasst, die als P-Rahmen bezeichnet werden, wobei jedem Rahmen eine Prioritätsstufe zugeteilt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen (S920), dass ein Datenrahmen fehlt; Vergleichen (S630, S730, S830) der Prioritätsstufe des fehlenden Datenrahmens mit einem Prioritäts-Schwellenwert, und Senden (S940) einer Wiederübertragungsanforderung nach dem fehlenden Datenrahmen an den Server, wenn die Prioritätsstufe höher ist als der Pricritäts-Schwellenwert, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuteilen von Prioritätsstufen zu Rahmen das Zuteilen niedrigerer Prioritätsstufen zu P-Rahmen mit höherer Mehrfachabhängigkeitstiefe enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Prioritätsstufe für den n-ten P-Rahmen auf 1/n gesetzt wird, und wobei n eine Ganzzahl ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wiederübertragungsanforderung die Empfangszeiten und Rahmenlängen von wenigstens zwei vorangehenden Datenrahmen enthält, wobei das Verfahren des Weiteren den Schritt des Schätzens der Datenrahmen-Ankunftszeit basierend auf den Empfangszeiten und den Rahmenlängen umfasst, und Vergleichen der geschätzten Ankunftszeit mit der gewünschten Ankunftszeit, um die Übertragung zu unterdrücken, wenn die geschätzte Ankunftszeit nicht vor der gewünschten Ankunftszeit liegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Vergleichens die Schritte des Messens (S710) der verfügbaren Kanalbandbreite und Teilens der für die Videoübertragung benötigten Bandbreite, wenn überhaupt keine Wiederübertragungen durchgeführt werden, durch die gemessene Bandbreite enthält, um den Prioritäts-Schwellenwert zu berechnen (S720, S820).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Vergleichens die Schritte des Messens (S710) der verfügbaren Kanalbandbreite und Messens (S810) der Bitrate von vorher gesendeten Rahmen enthält, wobei die gemessene Bitrate durch die gemessene Kanalbandbreite geteilt wird, um den Prioritäts-Schwellenwert zu berechnen.
  7. Vorrichtung zum Übertragen von Videodaten zu einem Client, wobei die Daten in Datenrahmen angeordnet sind, die einen Datenstrom bilden, der intracodierte Rahmen, die als I-Rahmen bezeichnet werden, und prädiktiv codierte Rahmen umfasst, die als P-Rahmen bezeichnet werden, wobei jedem Rahmen eine Prioritätsstufe zugeteilt ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Empfängereinrichtung (230) zum Empfangen einer Wiederübertragungsanforderung von dem Client nach einem Datenrahmen; eine Steuerung (210) zum Vergleichen der Prioritätsstufe des angeforderten Datenrahmens mit einem Prioritäts-Schwellenwert, und eine Sendereinrichtung (130, 220) zum Wiederübertragen des angeforderten Datenrahmens, wenn die Prioritätsstufe höher ist als der Prioritäts-Schwellenwert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (210) die Zuteilung von Prioritätsstufen zu Rahmen durchführt, die eine Zuteilung von niedrigeren Prioritätsstufen zu P-Rahmen mit höherer Mehrfachabhängigkeitstiefe enthält.
  8. Vorrichtung zum Empfangen von Videodaten von einem Server, wobei die Daten in Datenrahmen angeordnet sind, die einen Datenstrom bilden, der intracodierte Rahmen, die als I-Rahmen bezeichnet werden, und prädiktiv codierte Rahmen umfasst, die als P-Rahmen bezeichnet werden, wobei jedem Rahmen eine Prioritätsstufe zugeteilt ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Erfassungseinrichtung (240), die erfasst, dass ein Datenrahmen fehlt; eine Steuerung zum Vergleichen der Prioritätsstufe des fehlenden Datenrahmens mit einem Prioritäts-Schwellenwert, und eine Sendereinrichtung (250) zum Senden einer Wiederübertragungsanforderung nach dem fehlenden Datenrahmen an den Server, wenn die Prioritätsstufe höher ist als der Prioritäts-Schwellenwert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eingerichtet ist, die Zuteilung von niedrigeren Prioritätsstufen zu P-Rahmen mit höherer Mehrfachabhängigkeitstiefe zu erfassen.
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