TWI389515B - 多媒體串流傳輸之錯誤修補方法 - Google Patents

Description

多媒體串流傳輸之錯誤修補方法

本發明係關於一種多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，尤其是一種無線群播網路環境之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法。

隨著網路傳輸技術的發展，網際網路的應用已不再侷限於文字或圖片的傳輸，因此，結合聲音、影像的互動式多媒體串流服務已日益普及。其中多媒體串流(Multimedia streaming)服務是一種具有即時性(Real-time)且需要穩定傳輸量(throughpout)的多媒體傳輸技術，相較於傳統存放在網際網路上的多媒體檔案必須全部下載到接收端後才可開始播放，多媒體串流服務可供使用者預先下載部份資料至接收端後即可開始播放，故可節省下載時的等待時間；再者，多媒體串流服務亦可利用緩衝記憶體(Buffer)的概念，使資料不經實體儲存而直接由緩衝記憶體讀取播放後丟棄，因此，亦可節省磁碟儲存空間。藉由上述特性，使得多媒體串流服務在網際網路上的應用相當廣泛。

近年來由於無線網路多媒體串流蓬勃發展，加上無線網路頻寬不斷的提升，使得行動使用者端(Mobile users)能享受即時的高品質多媒體串流服務；然而，無線網路係藉由無線電波來傳送，而無線電波容易受到週遭地形與環境的變異影響，易造成多重路徑(Multi-path)、路徑衰減(Path loss)及屏蔽效應(Shadowing)等干擾。

舉例而言，無線電波在傳送的過程中經由建築物的折射、反射、繞射或遮蔽等影響，使得不同的地點出現不同品質的訊號，且訊號是以許多不同的路徑(Path)先後到達接收端，進而造成播放畫面的損害(Multi-path fading)；此外，該些干擾會以多種的形式來影響訊號，使得有些訊號強度可能被增強、降低、破壞或抵銷，而導致接收端產生嚴重的高位元錯誤率(Bit error rate)及封包遺失率(Packet loss rate)；再者，接收端在進行多媒體串流播放時有一定消耗的時間規律，若傳送端所傳送之串流封包經過數個路由器(Router)和無線網路訊號的干擾，而導致串流封包延遲抵達至接收端，進而產生畫面跳格(Skip)或畫面延遲(Delay)之延遲變化率(Jitter)現象，嚴重的影響多媒體串流播放之品質。

此外，為降低於無線網路進行多媒體串流造成之頻寬重複消耗及減少網路位置之使用，IP群播(IP Multicast)技術已被提出來改善上述所遭遇的困難，其主要藉由一媒體伺服器(Video server)及多個存取路由器(Access router)所構成，傳輸方式是以群播IP位址連結至該媒體伺服器將串流傳至枝節點之存取路由器，每個存取路由器也將該串流廣播至一相同區域(Subnet)之無線接收器(Access Point)，並且有至少一行動使用者端於該相同區域接收串流，如此，若其他行動使用者端也加入該相同區域接收串流，即能達到共享此條多媒體串流服務，藉此，減少網路之傳輸封包量及提高頻寬之傳輸效率。惟，於群播的傳輸過程中並無相關之回饋(Feedback)機制，所以無法得知該存取路由器所送出之封包的即時狀況；因此，必須於無線網路環境下針對群播傳輸設計一套高效率之錯誤控制(Error control)機制。一般而言，目前錯誤控制主要可區分為以下兩種：

(1)Receiver-based error control：又稱接收端錯誤控制，主要係當封包於傳送過程中發生遺失時，由接收端向傳送端發出重傳的要求；然而，若封包發生嚴重的遺失時，各別的接收端會向傳送端要求重傳，但過多的確認訊息(Acknowledgement)會造成傳送端的癱瘓，又稱回饋訊息爆炸(Feedback implosion)現象；因此，接收端錯誤控制並不適合使用於群播的傳輸環境。

(2)Sender-based error control：又稱傳送端錯誤控制，主要係當傳送發生錯誤時，接收端能自行修復，而不需仰賴接收端之確認訊息。

綜上所述，利用無線網路進行多媒體串流服務，仍存在傳輸時封包遺失率過高，無法提供接收端所需之串流播放品質。此外，在針對無線群播網路環境下，仍缺乏一套在傳輸發生錯誤時能自行修復，以提供高品質之多媒體串流服務。

本發明目的乃改良上述缺點，以提供一種多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，係於無線群播網路環境下發生傳輸錯誤時，以達到自行修補錯誤者。

本發明目的係提供一種多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，該多媒體串流傳輸之錯誤修補方法具有提升修補錯誤成功率者。

本發明目的係提供一種多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，該多媒體串流傳輸之錯誤修補方法具有提升多媒體播放品質者。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術內容如下：一種多媒體串流傳輸之錯誤修補方法係包含：一傳輸需求步驟，係藉由一多媒體代理伺服器接收來自至少一行動使用者端輸入之傳輸需求，該傳輸需求包含串流通道數設定及多媒體需求；一初始化步驟，係藉由該多媒體代理伺服器依據該串流通道數設定建立一傳輸決策；一封包傳送步驟，該多媒體代理伺服器依據該傳輸決策將數個串流封包對應複製到該些串流通道，並將該些串流封包傳送至該行動使用者端；一封包接收步驟，該行動使用者端依序接收該些串流封包以進行儲存，並將已儲存過之串流封包捨棄；及一多媒體播放步驟，係由該行動使用者端按照該些串流封包之時間順序進行串流播放。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明所述之「路由器(Router)」，又可稱路徑器或寬頻分享器，係為一種電腦網路設備，能將封包通過網路傳送至目的地。

本發明所述之「無線接收器(Access Point,AP)」，又可稱無線網路基地台(Wireless Access Point,WAP)，係為一種連接無線網路或有線網路之裝置，使無線或有線上網裝置互相連接以進行資料傳輸之作業。

請參照第1及2圖所示，本發明較佳實施例之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，係藉由一多媒體代理伺服器1(Multimedia Proxy Server)連接至少一行動使用者端2(Mobile Users)作為執行架構，該多媒體代理伺服器1儲存有至少一多媒體檔案(如影片、音樂或其他多媒體檔案等)，並可提供該多媒體檔案之串流的建立、儲存、管理及傳輸服務等；該行動使用者端2可透過一存取路由器3之無線接收器31(請參照第3圖所示)向該多媒體代理伺服器1提出傳輸需求，以便接收來自該多媒體代理伺服器1之多媒體檔案後進行影音播放的動作。本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法係包含一傳輸需求步驟S1、一初始化步驟S2、一封包傳送步驟S3、一封包接收步驟S4及一多媒體播放步驟S5。藉由上述步驟流程，以於檔案傳輸發生錯誤時能自行修補錯誤，並增加修補錯誤之成功率，進而提升多媒體串流之播放品質。

請參照第1至3圖所示，本發明較佳實施例之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法之傳輸需求步驟S1，係藉由該多媒體代理伺服器1接收來自該行動使用者端2輸入之〝傳輸需求〞，該〝傳輸需求〞包含〝串流通道數設定〞及〝多媒體需求〞；更詳言之，該〝串流通道數設定〞係為該行動使用者端2要求開啟之串流通道s的數量，該〝多媒體需求〞係為要求下載如影片或音樂等多媒體檔案。

請參照第2及3圖所示，本發明較佳實施例之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法之初始化步驟S2，係藉由該多媒體代理伺服器1計算每一串流通道s傳輸之間隔起始點，以建立一〝傳輸決策〞；更詳言之，該多媒體代理伺服器1係依據該〝串流通道數設定〞及一多媒體暫存空間11之大小資訊，做為各串流通道s起始位置點之計算初始化，該〝傳輸決策〞即為各串流通道s傳送之時間間隔。

請參照第2及3圖所示，本發明較佳實施例之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法之封包傳送步驟S3，係藉由該多媒體代理伺服器1依據該〝傳輸決策〞將數串流封包p對應複製到各串流通道s，以將該些串流封包p依照所計算之時間間隔傳送至該行動使用者端2。更詳言之，該多媒體代理伺服器1針對該〝多媒體需求〞將特定之多媒體檔案進行檔案切割及封裝動作，進而產生數個串流封包p，並給予該些串流封包p順序編號(Sequence number)，如：p1、p2、p3、…、pn，以將該些串流封包p儲存於該多媒體暫存空間11，再透過該多媒體暫存空間11將該些串流封包p對應複製到各串流通道s，以供一多媒體分配器12依照所計算之時間間隔，將該些串流封包p經由各串流通道s，於不同之時間點透過該存取路由器3之無線接收器31傳送至該行動使用者端2；其中，係如以下所述之公式(1)至(4)計算該些串流封包p於各串流通道s之複製規則：

r =n ×q ...(1)

r -[r ]>R ...(4)

其中，n為串流通道s之數量，q為每一串流通道s傳送之檔案百分比，r為檔案之複製倍數，i為串流通道s之編號，seq為串流封包p之編號，[r]為複製倍數r之整數值，R為介於0～1之間的隨機亂數。藉此，在已知串流通道s之數量〝n〞及每一串流通道s傳送之檔案百分比〝q〞之情形下，可利用上述公式(1)求得檔案之複製倍數〝r〞，並利用公式(2)依據各串流封包p之編號〝seq〞計算第一份之串流封包p係藉由那一串流通道s進行傳送，再利用公式(3)或(4)判斷此編號〝seq〞之串流封包p是否允許被複製至其他之串流通道s。更詳言之，當產生之隨機數R值符合公式(3)時，則代表該編號〝seq〞之串流封包p可以被複製至其他串流通道s進行傳送；反之，當產生之隨機數R值符合公式(4)時，則代表該編號〝seq〞之串流封包p不被允許複製至其他串流通道s進行傳送。

請參照第4a及4b圖所示，舉例而言，在該多媒體代理伺服器1之多媒體暫存空間11大小為9KB，且該多媒體代理伺服器1之串流通道s大小亦為9KB，以及，該多媒體代理伺服器1開啟2個串流通道s’及s”之情形下，假設q=0.7，即代表每一串流通道s傳送之檔案百分比為70%，藉由上述公式(1)計算可得r=1.4，即代表複製為原來的1.4倍；在本實施例當中，以該串流封包p11而言，藉由公式(2)計算11 mod 2=1。因此，得知第一份之串流封包p11係藉由該串流通道s”進行傳送，第二份之串流封包p11則藉由產生之隨機數R值配合上述公式(3)或(4)進行判斷，當產生之隨機數R值符合公式(3)時，即，則代表該串流封包p11可以被複製至該串流通道s’進行傳送；反之，當產生之隨機數R值符合公式(4)時，即1.4-1=0.4>R ，則代表該串流封包p11不被允許複製至該串流通道s’進行傳送。此外，最後一筆串流封包p係如以下所述之機率進行複製：

r -[r ]=0...(5)

r -[r ]>0...(6)

更詳言之，若滿足上述公式(5)時，則直接複製該最後一筆串流封包p；若滿足上述公式(6)時，則依照r-[r]>0之機率值複製最後一筆串流封包p。

藉此，本發明之封包傳送步驟S3係藉由將數串流封包p透過上述公式(1)至(6)之複製規則，將該些串流封包p分散至各串流通道s進行傳送，且依據該〝傳輸決策〞使各串流通道s之間維持一定之傳送時間差。如此，相同之串流封包p會在不同之時間點透過不同之串流通道s進行傳送，進而有效降低相同之串流封包p於相同之時間點傳送造成過高之封包遺失率。

請參照第2及5圖所示，本發明較佳實施例之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法之封包接收步驟S4，係由該行動使用者端2依序接收該些串流封包p以進行儲存，並將已儲存過之串流封包p捨棄。更詳言之，該行動使用者端2係藉由一使用者分配器21透過該存取路由器3之無線接收器31，接收來自該多媒體代理伺服器1各串流通道s之數串流封包p，並將該些串流封包p儲存於一使用者暫存空間22；此外，該使用者分配器21係判斷該使用者暫存空間22是否已存有相同之串流封包p，以將該些相同之串流封包p進行儲存或捨棄之動作。

請再參照第5圖所示，舉例而言，本發明之封包接收步驟S4係如以下所述三種樣態：其一、以該串流封包p4而言，該使用者分配器21經由該串流通道s1接收該串流封包p4後，即判斷該串流封包p4是否儲存於該使用者暫存空間22，在本實施例當中，該串流封包p4係已儲存於該使用者暫存空間22，因此，該使用者分配器21即將該串流封包p4捨棄。

其二、以該串流封包p8而言，該使用者分配器21經由該串流通道s2接收該串流封包p8後，判斷該串流封包p8係於傳送過程遺失，造成該使用者暫存空間22尚未存有該串流封包p8，因此，該使用者分配器21即將該串流封包p8儲存於該使用者暫存空間22。

其三、以該串流封包p12而言，該使用者分配器21經由該串流通道s3接收該串流封包p12後，判斷該串流封包p12係為第一次傳送至該行動使用者端2，造成該使用者暫存空間22尚未存有該串流封包p12；因此，該使用者分配器21係也將該串流封包p12儲存於該使用者暫存空間22。

藉此，經由該使用者分配器21接收不同之串流通道s傳送之串流封包p，並判斷該些串流封包p是否已儲存於該使用者暫存空間22，以將該些串流封包p進行儲存或捨棄之動作，使每一串流封包p皆能儲存於該使用者暫存空間21。更詳言之，利用該封包傳送步驟S3於不同時間點經由不同之串流通道s傳送相同之串流封包p，以使該封包接收步驟S4可於不同時間點從不同之串流通道s接收相同之串流封包p，藉由在不同時間點傳送相同之串流封包p會同時遺失之機率不大。因此，保持該些串流封包p儲存於該使用者暫存空間22之完整性，以使該行動使用者端2具有自行修補錯誤之能力，進而有效提升檔案修補之成功率。

請參照第2及5圖所示，本發明較佳實施例之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法之多媒體播放步驟S5，係由該行動使用者端2按照該些串流封包p之時間順序進行串流播放。更詳言之，該行動使用者端2依照影片播放時之片段時間順序，依序從該使用者暫存空間22找尋該些串流封包p之編號，並依照該些串流封包p之編號複製給該行動使用者端2之一多媒體播放器(圖未繪示)，以進行多媒體檔案之串流播放的動作。藉此，經由該封包接收步驟S4於不同之時間點透過不同之串流通道s接收相同之串流封包p，使該些串流封包p於傳送過程發生遺失時，具有自行修補錯誤之能力，以及，有效提升該些修補錯誤之成功率，保持該些串流封包p儲存於該使用者暫存空間22之完整性，進而使該多媒體播放步驟S5能完整地將該些串流封包p複製給該行動使用者端2進行播放，有效提升多媒體串流播放之品質。

此外，請參照第2及3圖所示，本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法亦可進一步包含一流量控制步驟S6，該流量控制步驟S6可在執行該封包傳送步驟S3前，事先根據該多媒體代理伺服器1實際傳送該些串流封包p的過程，更進一步評估該多媒體暫存空間11儲存之串流封包p是否超過該多媒體代理伺服器1之預設值，以作為後續該封包傳送步驟S3之參考依據。更詳言之，若該流量控制步驟S6評估該多媒體暫存空間11儲存之串流封包p超過該多媒體代理伺服器1之預設值，則等待該多媒體暫存空間11消耗該些串流封包p，直到該多媒體暫存空間11儲存之串流封包p小於該多媒體代理伺服器1之預設值。藉此，使該些串流封包p可選擇較不壅塞之串流通道s進行傳送，以達到穩定之傳輸品質。

為驗證本發明確實具有提高檔案修補成功率之優點，於此進行兩項測試實驗：其一、係針對串流封包p複製率進行實作測試，本次測試係針對每個串流通道s所傳送資料量的比例做調整，意即交錯(Interleaving)之傳輸方式，若過高的複製率設定，會導致高頻寬的消耗量；反之，過低的複製率設定，則會使得檔案修補效果不彰。因此，本次測試發現，每個串流通道s的複製率約為50%，且配合2個串流通道s以交錯的傳輸方式，在無線網路環境下傳送時，檔案流失率介於10%～20%之間，即可有效修補檔案流失率至3%～10%左右。

其二、本發明係於實作過程中，發現各串流通道s傳送之時間間隔會影響該使用者暫存空間22及該多媒體暫存空間11之大小值；此外，本次實作過程更發現，該使用者暫存空間22及該多媒體暫存空間11之大小值與無線網路之錯誤暴增間隔(Error burst interval)有關；更詳言之，當無線網路之錯誤暴增間隔顯著變長時，需要足夠之暫存空間儲存檔案，以利檔案之修補。因此，本次實作發現，該多媒體暫存空間11之大小約在15ms～486ms之檔案資料量，而該使用者暫存空間22之大小為該多媒體暫存空間11之大小的2～3倍，意即該使用者暫存空間22大小為1334ms～2000ms之檔案資料量。

本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，係藉由該封包傳送步驟S3於不同之時間點透過不同之串流通道s傳送相同之串流封包p，以便該封包接收步驟S4於不同之時間點透過不同之串流通道s接收相同之串流封包p，使該行動使用者端2可判斷該些串流封包p是否已儲存於該使用者暫存空間，以進行儲存或捨棄之動作，使得本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法具有達到自行修補錯誤的功效。

本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，係藉由該封包傳送步驟S3於不同之時間點透過不同之串流通道s傳送相同之串流封包p，以便該封包接收步驟S4於不同之時間點透過不同之串流通道s接收相同之串流封包p，而在不同之時間點傳送相同之串流封包p會同時遺失之機率不大，使得本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法具有提升修補錯誤成功率的功效。

本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，係藉由該封包接收步驟S4於不同之時間點透過不同之串流通道s接收相同之串流封包p，並判斷是否儲存或捨棄該些串流封包p，保持該些串流封包p儲存於該使用者暫存空間之完整性，進而使該多媒體播放步驟S5能完整地將該些串流封包p複製給該行動使用者端進行播放，使得本發明之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法具有提升多媒體播放品質的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

〔本發明〕

1‧‧‧多媒體代理伺服器

11‧‧‧多媒體暫存空間

12‧‧‧多媒體分配器

2‧‧‧行動使用者端

21‧‧‧使用者分配器

22‧‧‧使用者暫存空間

3‧‧‧存取路由器

31‧‧‧無線接收器

p‧‧‧串流封包

p1至pn‧‧‧串流封包

s‧‧‧串流通道

s1至s3‧‧‧串流通道

第1圖：本發明之系統架構圖。

第2圖：本發明之步驟流程方塊圖。

第3圖：本發明之封包傳送步驟示意圖。

第4a圖：本發明之封包複製情形示意圖。

第4b圖：本發明之封包複製情形示意圖。

第5圖：本發明之封包接收步驟示意圖。

Claims (4)

1. 一種多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，包含：一傳輸需求步驟，係藉由一多媒體代理伺服器接收來自至少一行動使用者端輸入之傳輸需求，該傳輸需求包含串流通道數設定及多媒體需求；一初始化步驟，該多媒體代理伺服器係依據該串流通道數設定及一多媒體暫存空間之大小資訊，做為各串流通道起始位置點之計算初始化，以建立一傳輸決策，其中該傳輸決策即為各串流通道傳送之時間間隔；一封包傳送步驟，該多媒體代理伺服器依據該傳輸決策將數串流封包對應複製到各串流通道，以將該些串流封包於各串流通道之間維持一定之傳送時間差並傳送至該行動使用者端；一封包接收步驟，該行動使用者端依序接收該些串流封包以進行儲存，並將已儲存過之串流封包捨棄；及一多媒體播放步驟，係由該行動使用者端按照該些串流封包之時間順序進行串流播放。
2. 依申請專利範圍第1項所述之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，其另包含一流量控制步驟，該流量控制步驟在執行該封包傳送步驟前，進一步評估一多媒體暫存空間之儲存狀況，以作為該封包傳送步驟之參考依據。
3. 依申請專利範圍第1或2項所述之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，其中該封包傳送步驟係依據該傳輸決策，利用一多媒體分配器將該些串流封包於不同之時間點 經由不同之串流通道進行傳送。
4. 依申請專利範圍第1或2項所述之多媒體串流傳輸之錯誤修補方法，其中該封包接收步驟係透過一使用者分配器經由不同之串流通道接收該些串流封包，並判斷該些串流封包是否已儲存於一使用者暫存空間，以將該些串流封包進行儲存或捨棄之動作。