DE69937664T2

DE69937664T2 - System zur Netztranskodierung von Multimediendatenfluss

Info

Publication number: DE69937664T2
Application number: DE69937664T
Authority: DE
Inventors: Raja Portland Neogi
Original assignee: Tut Systems Inc
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2019-11-13
Also published as: JP3716144B2; US6483851B1; EP1001582A2; CN1254151A; CN1276367C; JP2000165436A; EP1001582B1; EP1001582A3; DE69937664D1; KR20000075421A

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Umschlüsselung bzw. die Codeumsetzung und im Besonderen die Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses.
Verteilte Multimedia-Anwendungen erfordern Unterstützungsmechanismen für Kommunikationen mit mehreren Clients in einem Netzwerk. In Bezug auf die Abbildung aus 1 ist die Netzwerkfähigkeit eines Netzwerkknotens (ein sich in einem Netzwerk befindender Computer) in verschiedene Schichten aufgeteilt, die miteinander über Schnittstellen verbunden sind. Dies wird als der Netzwerkstapel bezeichnet. Ausgehend vom unteren Ende des Netzwerkstapels ist die physikalische Netzwerkschnittstelle zuständig für den Empfang der elektronischen Signale, die über die Netzwerkleitung verlaufen. Weiter oben in dem Stapel werden die Netzwerksignale weiter decodiert und zu dem nächsten Stapel weitergeleitet, bis die Anwendungsschicht erreicht wird. Auf dieser Schicht wird der Netzwerkverkehr so interpretiert, dass eine Antwort zu Netzwerk-Clients übermittelt werden kann, um die eigentliche Anforderung zur Behandlung (Service Request) dieses Clients zu erfüllen, wie etwa eine Anforderung für einen bestimmten Multimedia-Datenfluss.
Ein solcher Netzwerkverkehr muss Endsystemen, Netzwerken und Endanwendern in einer Form zugeführt werden, welche diese behandeln können, während gleichzeitig die durch die Anwendungen auferlegten Einschränkungen erfüllt werden. Dienstgütemechanismen bzw. QOS-Mechanismen (QOS als englische Abkürzung von Quality of Service), welche die Wiedergabe von Multimediadaten in vollständiger Qualität auf Hochleistungsstationen ermöglichen, während gleichzeitig eine entsprechend gefilterte Wiedergabe in niedrigerer Qualität bereitgestellt wird, unter Umständen in einem anderen Codierungsformat, und zwar auf anderen Endsystemen, wobei dies als Umschlüsselung bzw. Codeumsetzung bezeichnet wird. Allerdings sind aktuelle Codeumsetzer nicht skalierbar, können sich nicht anpassen und sind nicht flexibel.
WO 98/43177 beschreibt einen Netzwerk-Server, der einen Codeumsetzer mit einem Parser bzw. einer Analyseeinrichtung und mehreren Codeumsetzungs-Serviceprovidern. Als Antwort bzw. Reaktion auf eine Anforderung von einem Client für die Umschlüsselung von Daten wählt der Codeumsetzer einen entsprechenden, bereits existierenden Codeumsetzungs-Serviceprovider aus. Es gibt keinen Verweis auf eine Konfiguration eines individuellen Codeumsetzers, angepasst an die spezifische Anforderung des Clients. Der Codeumsetzer ist auf die bereits existierenden Codeumsetzungs-Serviceprovider beschränkt, die sich in dem Codeumsetzer befinden.
Benötigt wird ein System für die Netzwerk-Umschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses, wobei Benutzer eine Umschlüsselungsressource über das Netzwerk programmieren können und einen individuell gestalteten Codeumsetzer aufweisen können, der sozusagen skaliert bzw. skalierbar, anpassbar und flexibel ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Vorgesehen ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1.
Vorgesehen ist gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses gemäß dem gegenständlichen Anspruch 4.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Gemäß dem veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Serviceprovider-Knoten einen aktiven Netzwerk-Dämonen auf, der darauf läuft. Benutzersteuern eine adaptive Pipeline über die aktive Netzwerkfunktion des Serviceprovider-Knotens, indem codierte Anweisungen bzw. Befehle an den Serviceprovider-Knoten übermittelt werden. Nach dem Abfangen einer Netzwerk-Client-Anforderung für eine Umschlüsselung bzw. Codeumsetzung wird eine adaptive Pipeline in dem Serviceprovider-Knoten gemäß Steuerparametern gestaltet, die sich in den durch einen Benutzer übermittelten codierten Befehlen bzw. Anweisungen befinden. Die adaptive Pipeline weist eine Decodierungs- und eine Codierungsstufe auf, mit null oder mehr intermediären Filterstufen. Die Anzahl und die Art der intermediären Stufen werden durch die Werte der spezifizierten Flussparameter bestimmt. Danach wird der von dem Netzwerk-Client angeforderte Multimedia-Datenfluss durch die adaptive Pipeline verarbeitet, und der resultierende transcodierte Multimedia-Datenfluss wird zu dem Netzwerk-Client gesendet, der ihn angefordert hat.
Die Aufgaben, Vorteile und andere neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung deutlich, wenn diese in Verbindung mit den anhängigen Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm der Schichten eines Netzwerkstapels;
2 ein Blockdiagramm eines Systems für die Netzwerkumschlüsselung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Blockdiagramm einer adaptiven Pipeline gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
In Bezug auf die Abbildung aus 1 arbeitet die vorliegende Erfindung auf der Anwendungsschicht des Netzwerkstapels und somit ist keine Änderung bzw. Anpassung der aktuellen Netzwerkprotokolle erforderlich, wie etwa dem Internet Protocol (IP), und es werden einstandardisiertes Paketformat und Adressierungsmodelle verwendet.
In Bezug auf die Abbildung aus 2 startet ein Netzwerk-Client 10 eine Anforderung für eine Behandlung über ein Netzwerk 8. Ein Serviceprovider-Knoten 11, der sich in dem Netzwerk 8 befindet, weist ein ausgeführtes Programm auf, das als ein aktiver Netzwerk-Dämon (AN-Dämon) 6 bezeichnet wird. Der AN-Dämon 6 stellt einen programmierbaren offenen Knoten bereit, so dass Netzwerkbenutzer Programme dynamisch in Knoten-Engines einsetzen können. Der Serviceprovider 11 fängt die Anforderung ab und der AN-Dämon 6 gabelt einen Tochterprozess 5, der dem angeforderten Dienst aus einer Mehrzahl von Diensten entspricht, die zur Verfügung stehen können. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Codeumsetzung bzw. Umschlüsselung durch den Dienst, der angefordert wird. Der AN-Dämon 6 analysiert danach die Dienst- bzw. Behandlungsanforderung und lädt spezifische Steuerparameter, die in der Anforderung für den Dienst spezifiziert sind, in eine Datenstruktur. Die Steuerparameter werden durch einen Netzwerkbenutzer spezifiziert und weisen insbesondere die folgenden auf:

1: Befehlsart (z. B. Verbindungsanforderung)
2: Anschlüsse bzw. Ports (Kanalidentifikationen)
3: Medienart
4: Bitrate
5: Frame-Rate
6: Auflösung
7: Ende-zu-Ende-Latenz
8: Interlace
9: Signatur
10: Verlustanteil in Prozent
11: Inhaltsidentifikation
12: Codeart
13: Filter
14: Filterparameter
15: Hostname.

Die Beziehung zwischen Vater- und Tochterprozess ist so, dass der Vaterprozess (AN-Dämon 6) und der Tochterprozess 5 gleichzeitig in dem Netzwerkknoten 11 laufen und somit über Parameter miteinander kommunizieren können.
Der Tochterprozess 5 hostet die adaptive Pipeline 4, um den Umschlüsselungsdienst bereitzustellen. In Bezug auf die Abbildung aus 3 stellt eine adaptive Pipeline 4 eine Reihe modularer Komponenten dar, wobei jede Komponente eine Transformation in einen Datenstrom implementiert. Bei dem Datenstrom handelt es sich in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um einen Multimedia-Datenfluss, der an den Serviceprovider-Knoten 11 gesendet wird, wie zum Beispiel die Moving Picture Experts Group Standards 1–4 (MPEG- 1, MPEG-2, MPEG-4), Joint Photographic Experts Group (JPEG), H.263, H.261, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Standards beschränkt ist. Diese Stufe am Kopfende der Pipeline 4 ist eine Decodierer-Engine 20 für den jeweiligen Standard, der für die Umschlüsselung angefordert worden ist, während das hintere Ende 24 eine Codierer-Engine für den jeweiligen angeforderten Standard als Ergebnis der Umschlüsselung darstellt. Die intermediären Stufen 22 sind die Stufen, die eine Anpassung der Qualität des Basisband-Multimedia-Datenflusses ermöglichen, um den Datenfluss umzuschlüsseln. Dazu zählen unter anderem: das horizontale Filtern, das vertikale Filtern, das Mosquito-Filtern und die adaptive Interpolation. Pufferpools 12, 14, 16, 18 erfüllen die Speicheranforderungen der jeweiligen Stufen der adaptiven Pipeline 4.
In Bezug auf die Abbildung aus 2 leitet der AN-Dämon 6 die Steuerparameter an die adaptive Pipeline 4 weiter, indem die Datenstruktur, welche die Steuerparameter aufweist, zu dem Tochterprozess 5 geleitet wird, der die adaptive Pipeline 4 hostet. In Bezug auf die Abbildung aus 3 ist die adaptive Pipeline gemäß den Steuerparametern konfiguriert. Der Tochterprozess ruft Aktionsfunktionen auf, um die Decodierungsstufe 20, die Filterstufe 22 oder die Codierungsstufe 24 der adaptiven Pipeline 4 auszuführen, und wobei diese wiederum eine entsprechende Funktion auswählen, um den von dem Netzwerk-Client 10 angeforderten Multimedia-Datenfluss gemäß der Codierungs- und Decodierungs-Codeart und den anderen durch die Steuerparameter spezifizierten Konfigurationen umzuschlüsseln. Dies ermöglicht es, dass die Pipeline 4 selbst und die einzelnen Stufen der Pipeline über das Netzwerk konfigurierbar sind indem Benutzer Werte für die Flussparameter spezifizieren.
Die intermediären) Stufe(n) 22 der Pipeline 4 ist bzw. sind jedoch optional und es können mehr als eine intermediäre Stufe vorhanden sein. Die intermediäre(n) Stufe(n) 22 sind eine Funktion des gewünschten Filterausmaßes, das in den vorstehend genannten Flussparametern spezifiziert ist. In der einfacheren Version erfordert eine Umschlüsselung von MPEG-2 zu H.263 zumindest das horizontale und vertikale Filtern in den intermediären Stufen 22. Komplexer betrachtet kann das Filtern so umfassend sein, dass bestimmte Kombinationen keinen Platz in einer Stufe finden, und somit werden Kombinationen in mehrere intermediäre Stufen 22 aufgeteilt. Wenn es sich bei der adaptiven Interpolation zum Beispiel um eine Art des angeforderten Filterns handelt und horizontales/vertikales Filtern weiterhin erforderlich ist, liegt die Auswahl in dem Hinzufügen einer weiteren Stufe. Welche Kombinationen in einer Stufe Platz finden und in welcher Anordnung bzw. Reihenfolge, stellt eine in Tabellen erfasste aktive Knotenintelligenz dar. Wenn ein Benutzer ein starkes Filterausmaß anfordert, führt dies zu einem mehrstufigen Filtern und somit einer größeren Ende-zu-Ende-Latenz. Dies ist für Videokonferenzen zwar nicht wünschenswert, kann jedoch für das einfache Browsen akzeptabel sein. Für eine Interaktion in Echtzeit, wie bei Videokonferenzen, ist es wünschenswert, ein Filterausmaß anzufordern, das entweder nur eine Stufe oder gar keine Stufe erfordert. Die Signifikanz der einen Filterstufe ist es, dass sie auch als ein Synchronisierungsanschluss dienen kann.
Das Knoten-Betriebssystem (NodeOS als englische Abkürzung von Node Operating System) des Serviceprovider-Knotens 11 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein frei verfügbares Echtzeit-Betriebssystem REACT, eine Erweiterung des von SGI, Inc. bereitgestellten Betriebssystems IRIX, wobei jedoch auch jedes andere NodeOS verwendet werden kann, das die folgenden allgemeinen Eigenschaften aufweist. Das Knoten-Betriebssystem REACT stellt eine Schnittstelle für ein Aktivitäts-/Thread-Mapping sowie Unterstützung für eine Echtzeit-, Frame-basierte Laufzeitplanung und zugeordnete Kontext-Wechsel bereit. Eine nominelle Periode einiger weniger Millisekunden wird festgelegt, mit einer Programmierung für eine Phantom-Frame-Injektion. Dies führt zu einem elastischen Verhalten der Frame-Begrenzung, wobei es sich um eine wünschenswerte Eigenschaft von Soft-Echtzeitanwendungen handelt, im Besonderen dann, wenn die gleiche Gruppe von Ressourcen von mehreren Sitzungen gemeinsam genutzt wird. Dieses spezielle NodeOS stellt begrenzte Überwachungsfunktionen bereit, welche die adaptive Pipeline 4 für ein adaptives Verhalten nutzen kann. Ein Überlaufzustand (der die vorgesehene Frame-Begrenzung überschreitet) ist die am häufigsten verwendete Überwachungsfunktion. Das NodeOS stellt ferner Systemaufrufe zur Verwaltung der Ressourcennutzung bereit. Diese Eingabe wird von einer Engine für die Zulassungssteuerung zur Begrenzung des Aufbaus neuer Kanäle eingesetzt.
In Bezug auf die Abbildung aus 2 wird danach der aus dem Prozess der adaptiven Pipeline 4 resultierende umgeschlüsselte Datenfluss über das Netzwerk 8 zu dem Netzwerk-Client 10 übermittelt, der dies angefordert hat. Die Daten stimmen mit dem von dem Netzwerk-Client 10 gemäß den Flussparametern in der Dienstanforderung angeforderten Format überein.
Vorgesehen wird gemäß der vorliegenden Erfindung somit ein System für die Netzwerkumschlüsselung von Multimedia-Datenfluss, wobei Benutzer eine Umschlüsselungsressource in dem Netzwerk programmieren, und mit einem individuellen Codeumsetzer, der sozusagen skalierbar, anpassbar und flexibel ist.

Claims

Verfahren zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Empfangen von einem Netzwerk-Client (10) durch einen aktiven Netzwerk-Dämonen (6) einer Anforderung zur Behandlung, wobei ein Multimedia-Datenfluss angefordert und Flussparameter spezifiziert werden; das Konfigurieren durch den aktiven Netzwerk-Dämonen einer adaptiven Pipeline (4) zum Umschlüsseln des Multimedia-Datenflusses, wobei die adaptive Pipeline eine Decodierungsstufe (20) und eine Codierungsstufe (24) aufweist, die jeweils so angepasst sind, dass sie auf eine Art und Weise arbeiten, wie dies durch die Flussparameter bestimmt wird; das Decodieren des von der Behandlungsanforderung angeforderten Multimedia-Datenflusses durch die Decodierungsstufe (20) auf eine Art und Weise, wie dies durch die Flussparameter in der Behandlungsanforderung bestimmt wird, wodurch ein decodierter Multimedia-Datenfluss erzeugt wird; das Codieren des decodierten Multimedia-Flusses durch die Codierungsstufe (24) auf eine Art und Weise, wie dies durch die Flussparameter in der Behandlungsanforderung bestimmt wird, wodurch ein umgeschlüsselter Multimedia-Datenfluss erzeugt wird; und das Übermitteln des umgeschlüsselten Multimedia-Datenflusses an den Netzwerk-Client (10).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die adaptive Pipeline mit einer Filterstufe (22) konfiguriert wird, die so angepasst ist, dass sie auf eine Art und Weise arbeitet, die durch die Flussparameter bestimmt wird, und wobei das Verfahren ferner das Übermitteln des decodierten Multimedia-Datenflusses an die Filterstufe der adaptiven Pipeline (4) umfasst, wobei der decodierte Multimedia-Datenfluss durch die Filterstufe (22) auf eine Art und Weise gefiltert wird, die durch die in der Behandlungsanforderung spezifizierten Flussparameter bestimmt wird, und wobei der gefilterte Multimedia-Datenfluss zur Codierung des decodierten, gefilterten Multimedia-Datenflusses zu der Codierungsstufe übermittelt wird.
Verfahren zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Flussparameter mindestens eines der folgenden anzeigen: Befehlsart, Anschlüsse bzw. Ports, Medienart, Bitrate, Frame-Rate, Auflösung, Ende-zu-Ende-Latenz, Interlace, Signatur, Verlustanteil in Prozent, Inhaltsidentifikation, Codeart, Filter, Filterparameter, Hostname.
Vorrichtung (11) zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Empfangen von einem Netzwerk-Client (10) eine Behandlungsanforderung, welche einen Multimedia-Datenfluss anfordert; eine Einrichtung zum Empfangen des angeforderten Multimedia-Datenflusses; und eine Einrichtung zum Übermitteln eines umgeschlüsselten Multimedia-Datenflusses an den Netzwerk-Client und die Vorrichtung (11), gekennzeichnet durch: einen aktiven Netzwerk-Dämonen (6), der die Behandlungsanforderung empfängt; und eine Einrichtung zum Konfigurieren des aktiven Netzwerk-Dämonen durch eine adaptive Pipeline zum Umschlüsseln des Multimedia-Datenflusses (4), wobei die adaptive Pipeline eine Decodierungsstufe (20) und eine Codierungsstufe (24) aufweist, um auf eine Art und Weise zu arbeiten, wie diese durch in der Behandlungsanforderung spezifizierte Flussparameter bestimmt wird; wobei die Decodierungsstufe den angeforderten Multimedia-Datenfluss empfängt und den Multimedia-Datenfluss auf eine Art und Weise decodiert, wie dies durch die in der Behandlungsanforderung spezifizierte Flussparameter bestimmt wird, wodurch ein decodierter Multimedia-Datenfluss erzeugt wird, und wobei die Codierungsstufe (24) den decodierten Multimedia-Datenfluss auf eine Art und Weise codiert, wie dies durch in der Behandlungsanforderung spezifizierte Flussparameter bestimmt wird, wodurch ein umgeschlüsselter Datenfluss erzeugt wird.
Vorrichtung zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses nach Anspruch 4, wobei der aktive Netzwerk-Dämon (6) so angeordnet ist, dass er eine adaptive Pipeline (4) zum Umschlüsseln des Multimedia-Datenflusses konfiguriert, mit einer Filterstufe (22), die so angepasst ist, dass sie auf eine Art und Weise arbeitet, wie dies durch die Flussparameter bestimmt wird, wobei die Filterstufe den decodierten Multimedia-Datenfluss auf eine Art und Weise filtert, wie dies durch in einer Behandlungsanforderung spezifizierte Flussparameter bestimmt wird, wodurch ein gefilterter, decodierter Multimedia-Datenfluss erzeugt wird, und wobei die Codierungsstufe den gefilterten, decodierten Multimedia-Datenstrom auf eine Art und Weise filtert, wie dies durch Flussparameter in der Behandlungsanforderung bestimmt wird, wodurch ein umgeschlüsselter Multimedia-Datenfluss erzeugt wird.
Vorrichtung zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Flussparameter mindestens eines der folgenden anzeigen: Befehlsart, Anschlüsse bzw. Ports, Medienart, Bitrate, Frame-Rate, Auflösung, Ende-zu- Ende-Latenz, Interlace, Signatur, Verlustanteil in Prozent, Inhaltsidentifikation, Codeart, Filter, Filterparameter, Hostname.
Vorrichtung zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Konfigurieren der adaptiven Pipeline (4) zum Umschlüsseln des Multimedia-Datenflusses die Decodierungseinrichtung zum Einsatz in der adaptiven Pipeline auf eine Art und Weise auswählt, wie dies durch Flussparameter in einer Behandlungsanforderung bestimmt wird, und wobei sie die Codierungseinrichtung zum Einsatz in der adaptiven Pipeline auf eine Art und Weise auswählt, wie dies durch Flussparameter in einer Behandlungsanforderung bestimmt wird.
Vorrichtung zur Netzwerkumschlüsselung eines Multimedia-Datenflusses nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung zum Konfigurieren der adaptiven Pipeline (4) zum Umschlüsseln des Multimedia-Datenflusses mindestens eine Filtereinrichtung einer Mehrzahl von Filtereinrichtungen zum Einsatz in der adaptiven Pipeline auf eine Art und Weise auswählt, wie dies durch Flussparameter in einer Behandlungsanforderung bestimmt wird.