通过优化资源分配来提高自适应流式传输的视频质量的制作方法
【专利摘要】分配用于从通信网络中的网络元素(例如，基站或BodeB)向与该网络元素(例如，基站或BodeB)通信的一个或多个移动设备传送内容的资源，可以包含：在所述网络元素(例如，基站或BodeB)处，接收对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的特征信息(例如，下行链路信号质量、屏幕大小、屏幕分辨率、订户类别、视频或复杂性、或网络相关的信息，如负载或拥塞状态)(S210)；以及在所述网络元素(例如，基站或BodeB)处，分别生成对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率，AGBR，值(S220)。所述AGBR值可以是针对所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的基于所述对应的特征信息(例如质量、CQI等,…)所生成的保证比特率，GBR，值。可以在所述网络元素(基站)处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法(比例公平)；以及可以基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备分配资源(S240)。
【专利说明】通过优化资源分配来提高自适应流式传输的视频质量
【技术领域】
[0001]示例实施例一般涉及无线网络中的资源分配。
【背景技术】
[0002]HTTP自适应流式传输(HAS)正在兴起成为流行的方法以流式传输视频点播和实时内容。在视频质量能够基于服务器和客户端之间的可使用的带宽或数据速率来调节的意义上，HAS是自适应。然而，独立于共享相同资源的其它视频用户，每个客户端个体地适应它的视频质量。
[0003]在传统系统中，通过移动无线的HAS流式传输基于资源的尽力而为分配。基站通常使用比例公平调度器，其不知道HAS流并且将HAS和其它流同等对待。另外，能够设置保证比特流(GBR)并且能够保证针对特定流的吞吐量。当信道和负载变化时，已知的是将保证比特流(GBR)设置等于传统流式传输(RTP/UDP或HTTP/TCP渐进式下载)的固定源编解码器速率以通过稳定地提供速率来提高体验质量(QoE )。
【发明内容】
[0004]示例实施例针对用于通过优化资源分配来提高自适应流式传输的视频质量的方法和装置。
[0005]根据至少一个示例实施例，一种分配资源的方法，所述资源用于将内容从通信网络中的网络元素传送到一个或多个移动设备，所述一个或多个移动设备中的每个移动设备都与所述网络元素通信，所述方法可以包含:在所述网络元素处接收对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的特征信息；以及在所述网络元素处分别生成对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率(AGBR)值。所述AGBR值可以是针对所述一个或多个移动设备中的每个移动设备基于所述对应的特征信息所生成的GBR值。可以在所述网络元素处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法；以及可以基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备分配资源。
[0006]根据至少一个示例实施例，一种网络装置，其可被配置为分配资源以用于将内容从所述网络装置传送到与一个或多个移动设备，所述一个或多个移动设备中的每个移动设备都与所述网络装置通信。所述网络装置可以包含:接收单元，其被配置为接收数据；传送单元，其被配置为传送数据；存储单元，其被配置为存储与所述一个或多个移动设备对应的参数；以及处理单元，其耦合到所述传送单元、所述接收单元以及所述存储单元，并且被配置为控制与向所述一个或多个移动设备中的一个移动设备分配资源相关联的操作。所述操作可以包含:在所述网络元素处接收对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的特征信息；在所述网络元素处分别生成对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率(AGBR)值，所述AGBR值是针对所述一个或多个移动设备中的每个移动设备基于所述对应的特征信息所生成的GBR值，在所述网络元素处基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法，以及基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备分配资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]从以下提供的详细描述和附图将更充分地理解示例实施例，其中相同的元素由相同的标记来表示，其仅是通过说明的方式给出，因此不限制示例实施例，并且其中:
[0008]图1A是说明通信网络的一部分的示意图。
[0009]图1B是说明网络元素的示例结构的示意图。
[0010]图2是说明用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的方法的流程图。【具体实施方式】
[0011]现在，将参照一些示例实施例的附图更充分的描述各种示例实施例。
[0012]本文公开了详细的说明性的实施例。然而，出于描述示例实施例的目的，本文所公开的特定结构性和功能性的细节仅是代表性的。然而，示例实施例可以以许多可替代的形式来具体化，并且不应当被理解为仅限制于本文所公开的实施例。
[0013]因此，虽然示例实施例能够有各种修改和可替代的形式，但是示例实施例在附图中是通过示例来示出的并且在本文中将进行详细描述。然而，应当理解的是，不是意在将示例实施例限制于所公开的特定形式，而是相反，示例实施例将覆盖落入示例实施例的范围内的所有修改、等同和替代。在整个附图的描述中，相同的标记指相同的元素。如本文所使用的，术语“和/或”包含相关联的所列出的项目中的一个或多个项目的任何或所有组合。
[0014]应当理解的是，当元素被称为连接到或耦合到另一元素时，它可以是直接连接或耦合到其它单元或可能存在的中间元素。相反，当元素被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元素时，就不存在中间的元素。用于描述元素之间的关系的其它词汇应当以相同的方式来解读(例如，“之间”对“直接之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。
[0015]本文所使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并且不是意在限制示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”意在也包含复数形式，除非上下文中清楚地另外指明。还应当理解的是，当在本文使用时，术语“包括”、“由…组成”、“包含”和/或“含有”指存在所阐明的特性、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但是不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其聚合。
[0016]还应当注意的是，在一些可替代的实现方式中，所阐明的功能/动作可以不按附图中所阐明的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个图可能大体上同时执行或可能有时以相反的顺序来执行。
[0017]如本文所使用的，术语“移动单元”可以被认同义于并且在下文中可以偶尔指终端、接入终端(AT)、移动站、移动用户、用户设备(UE)、移动订户、用户、远程站、接收器等，并且可以描述无线通信网络中的无线资源的远程用户。术语基站可以被认为同义于和/或指基站收发信台(BTS)、NodeB、增强的Node B (eNodeB)、毫微微小区、接入点等，并且可以描述为网络和一个或多个用户之间的数据和/或语音连通性提供无线电基带功能的设备。
[0018]在本文中，示例实施例被论述成实现在合适的计算环境中。虽然不要求，但是将在由一个或多个计算机处理器或CPU执行的计算机可执行指令(诸如，程序模块或功能过程)的一般上下文中描述示例实施例。一般地，程序模块和功能过程包含:例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行特定任务或实现特定的抽象数据类型。可以使用现有的硬件在现有的通信网络中实现本文所论述的程序模块和功能过程。例如，可以使用现有的硬件在现有的网络元素或控制节点(例如，图1中所示出的服务网关(SGW)或基站(BS))来实现本文所论述的程序模块和功能过程。此类现有的硬件可以包含一个或多个数字处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机或诸如此类。
[0019]在以下描述中，将参照动作和符号表征的操作(例如，以流程图的形式)来描述说明性实施例，除非以其它方式指明所述动作和操作可以由一个或多个处理器来执行。照此，应当理解的是，此类动作和操作，有时将其称为计算机可执行的，包含由处理器对以结构化形式表示的电子信号的处理。这种处理变换数据或将该数据维持在计算机的存储系统中的存储单元处，其以本领域的技术人员容易理解的方式重新配置或以其它方式改变计算机的操作。
网络架构概述
[0020]图1说明了无线通信网络100的一部分。参照图1，无线通信网络100包含:服务网关(SGW) 101、以及基站(BS) 105、以及包含第一至第四移动设备110?125的多个移动设备。BS105连接到SGWlOl。无线网络100可以具有与SGWlOl通信的多个BS，然而出于简洁只示出了一个BS。SGWlOl能够路由和转发连接到BS105的移动设备的用户数据分组。此外，虽然出于简明的目的没有说明，但是SGWlOl可以为BS105提供至分组数据网络(PDN)网关的接入。此外，BS105可以连接到第一至第四移动设备110-125，所述移动设备中的每个移动设备可以与BS105无线地通信。虽然，出于简洁的目的，只说明了四个移动设备，但是任何数量的移动设备可以连接到BS105。
[0021]虽然，在图1中所说明的示例中，无线通信网络100被说明成包含SGW和BS，但是根据示例实施例无线通信网络100可以包含能够通过调度支持跨越多个用户的共享资源的任何类型的无线接入技术。示例包含但不限于:LTE和EVDO无线接入技术。
[0022]BS105可以包含:真实调度器106，其包含能够实现用于向连接到BS105的用户分配资源的调度算法的软件和/或硬件。连接到BS105的用户，例如第一至第四移动设备110-125中的任何移动设备，每一个都可以正在使用利用速率自适应流式传输的应用，其中每个用户分析由BS105分配给该用户的带宽的数量，并且基于该带宽请求某一编码率的正在流式传输的内容。这种速率自适应的流式传输的一个示例是用于流式传输视频数据的HTTP自适应流式传输(HAS)，其中视频数据具有能够改变的质量等级。例如，如果真实调度器106在用户和BS105之间的承载(bearer)上分配较高的带宽数量，则用户能够检测到高水平的带宽，并且例如通过请求使用高分辨率编码的视频来请求高质量等级的视频。如果真实调度器106降低分配给该用户的带宽的数量，则该用户能够例如通过请求使用较低分辨率编码的视频来请求较低质量等级的视频。虽然以上论述了可变化的视频速率数据，但是根据示例实施例在通信网络100内的用户可以流式传输任何类型的速率自适应数据，例如包含可变质量的音频。
[0023]通信网络100可以既包含高级(premium)用户又包含尽力而为(BE)用户。高级用户每一个都可以具有相关联的保证比特率(GBR)，而尽力而为用户可能没有GBR。相对于由BS105来分配资源，高级用户一般享有高于BE用户的一定数量的优先权。在图1中所说明的示例中，第一至第四移动设备110-125表示高级用户。[0024]由真实调度器106实现的调度算法例如可以是任何已知的比例公平(PF)调度器，其能够使用保证比特率(GBR)以做出调度决定。由真实调度器实现的调度算法中的一个示例是已知的具有最小速率的比例公平(PFMR)算法。例如，真实调度器106例如可以接收来自对应的应用编程接口(API)的针对连接到BS105的一个或多个用户的GBR值。根据已知的方法，调度器106能够在多个隙中的每个隙上连续地运行调度算法，并且针对每个隙，基于例如包含每个用户可达到的数据速率、平均数据速率和GBR值的信息来向用户分配资源。
[0025]如上所述，根据示例实施例，除了真实调度器106外，BS105包含虚拟调度器107。虚拟调度器107能够确定自适应的GBR值，以供由真实调度器106在针对连接到基站105的用户做出资源分配决定中使用。如下文将更详细地论述的，根据示例实施例，虚拟调度器107通过执行GBR设置算法来确定自适应的GBR值。虚拟调度器107可以基于关于网络和/或用户特定的特征的信息来执行GBR设置算法。
用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的方法和装置的概述
[0026]相对于用于在无线通信网络中处理自适应流式传输的常规方法，使每个客户端个体地适应其视频质量而不依赖于共享相同资源的其它视频用户能够导致跨越一组用户的不均匀的体验质量，所述一组用户通过经历不同的用户特定因素(诸如不同的屏幕尺寸、无线电条件、或相对于服务视频的基站的位置)的设备来观看不同复杂度的视频。如在传统系统中，利用比例公平调度器(其使用GBR值但是不知道HAS流，并且将HAS和其它流同等对待)可能不能提供针对这个问题的最优解决方案，这是因为可能仍不能以适合于在多个用户之间获得改进或最优的总质量的方式将上述的用户特定因素考虑进去。
[0027]此外，特别地，传统的资源分配方案没有考虑到:当存在由网络中的负载变化或由于信道质量所引入的快速或大量的数据速率变化时，HAS可能经历降级的内容质量。
[0028]鉴于上述，以下可能是有益的:确保跨越不同用户存在资源的公平分配将导致跨越所述用户的最大化的总体验质量，同时还确保降低或防止可能降级质量的快速或大量的数据速率变化。
[0029]可以通过考虑网络因素，如附着小区的负载(例如，竞争用户)和容量；以及用户特定因素，诸如用户的位置(例如，好的平均SINR对差的平均SINR);服务类别(例如，高级对尽力而为(BE));视频复杂度(低:‘头部特写’对高:动作)；屏幕尺寸/图像分辨率(例如，1024x768iPad对480x320iPhone)，以在多个用户之间增加或优化总体验质量的方式来分配资源。
[0030]另外，可以以防止由数据速率变化的过多频次或量级所导致的质量降级的这种方式来分配资源。以下将相对于图1B和图2来更详细地描述用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的方法和装置。
[0031]图1B是说明网络元素151的示例结构的示意图。根据至少一个示例实施例,BS105可以具有以下所描述的网络元素151的结构和操作。参照图1B，网络元素151例如可以包含:数据总线159、传送单元152、接收单元154、存储单元156以及处理单元158。
[0032]传送单元152、接收单元154、存储单元156以及处理单元158可以使用数据总线159向另一个单元发送数据和/或接收来自另一个单元的数据。传送单元152是设备，所述设备包含用于经由一个或多个无线连接向通信网络100中的其它网络元素传送无线信号和信号强度/质量信息的硬件和任何必需软件，所述无线信号例如包含:数据信号、控制信号。
[0033]接收单元154是设备，所述设备包含用于经由一个或多个无线连接接收来自通信网络100中的其它网络元素的无线信号和信号强度/质量信息的硬件和任何必需软件，所述无线信号例如包含:数据信号、控制信号。
[0034]存储单元156可以是能够存储数据的任何设备，包含磁存储设备、闪存存储设备
坐寸ο
[0035]处理单元158可以是能够处理数据的任何设备，例如包含被配置为基于输入数据执行特定操作的微处理器，或能够执行包含在计算机可读代码中的指令的任何设备。
[0036]例如，处理单元158能够实现真实调度器106的操作。例如，处理单元158能够执行对于执行比例公平(PF)调度算法所需的计算，所述比例公平(PF)调度算法根据已知方法使用GBR值来分配资源。
[0037]作为另一示例，处理单元158能够实现虚拟调度器107的操作。例如，例如，处理单元158能够执行对于执行GBR设置算法所需的计算，所述GBR设置算法产生自适应的GBR值以供由真实调度器106使用。
[0038]虽然，出于简明的 目的，以上根据至少一个示例实施例仅参照BS105的实现方式描述了网络元素151的结构和操作，但是在通信网络100中的任何或所有其它BS可以具有与网络元素105相同的结构和操作。
[0039]现在，在下文中将更详细地描述根据示例实施例的由BS105的虚拟调度器107执行的保证比特率设置算法。
保证比特率设置算法的描述
[0040]假设i=l，2,...N，用户已经同意高级视频服务。将要解决的问题是确定受制于(subject to)可使用的资源的平均速率Ai,以便最大化(maximize)目标。让％%)为针对具有速率Ai的流i所获得的质量等级。让Qi(Ai)表示获得平均速率Ai所需要的资源部分。则将要解决的一般问题可以表示为:
maximize /(丨.0, )
j Δ I
Ν(I)
subject to Ω,(A1 )<Π(Ν), > y1- 4?
i=l
其中Π是针对高级用户类别可使用的资源总量(约束是为了避免尽力而为用户类别挨饿)并且取决于同意进入高级用户类别的用户的数量。值和W是针对用户i的最
1I
小和最大平均速率并且可能因为以下而产生这些限制:
a.在“清单(manifest)”文件中指定的HAS编解码器设置中的标称速率限制；和/或
b.质量饱和。
[0041 ] 质量饱和可以指数据速率值范围，在该范围外的数据速率值没有进一步的益处与该速率值相关联。例如，最小数据速率Amin值可以表示数据速率，低于所述数据速率，则对应的质量等级的内容对由用户正常体验的内容来说是不足够高的。因此，提供此类速率是没有益处的。此外，最大数据速率Amax可以表示对应于最大质量等级的内容的数据速率。因此，提供高于Amax的数据速率没有益处，因为用户将不会体验到另外的质量改进。因此，在平均速率M1minW]的范围之外，以上所描述的质量等级可以被近似地建模为‘平坦线’质量函数。例如，下面的简单的逐段线性模型可以用于质量函数:
【权利要求】
1.一种分配资源的方法，所述资源用于从通信网络(100)中的网络元素(105)向一个或多个移动设备(110-125)传送内容，所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备都与所述网络元素(105)通信，所述方法包括: 在所述网络元素(105)处，接收对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的特征信息； 在所述网络元素(105)处，分别生成对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率(AGBR)值，所述AGBR值是针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的基于所述对应的特征信息所生成的GBR值； 在所述网络元素(105)处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法；以及 基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备(110-125)分配资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一调度算法是比例公平(PF)调度算法。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述一个或多个移动设备(I10-125)中的每个移动设备，所述对应的特征信息包含指示下列中的至少一个的信息:所述移动设备的下行链路的信号质量、 与所述移动设备相关联的屏幕尺寸、所述移动设备的屏幕分辨率、与所述移动设备相关联的订户类别、以及正在从所述网络元素(105)向所述移动设备传送的所述内容的复杂度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述一个或多个AGBR值包含在所述网络元素(105)处通过下列操作来执行虚拟调度算法: 针对所述一个或多个移动设备(110-125 )中的每个移动设备，确定质量映射，所述质量映射映射向所述移动设备传送所述内容的速率和向所述移动设备传送的所述内容所产生的质量之间的关系，基于对应于所述移动设备的所述特征信息来确定所述质量映射， 基于所述一个或多个质量映射生成所述一个或多个AGBR值，以及 输出所生成的一个或多个AGBR值以供所述第一调度算法使用。
5.根据权利要求4所述的方法，其中执行所述虚拟调度算法还包含:生成针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的所述AGBR值，使得优化目标函数的输出，所述目标函数表示分别向所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备传送的所述内容的总质量。
6.一种网络装置(105)，其被配置为分配资源，所述资源用于从所述网络装置(105)向一个或多个移动设备(110-125)传送内容，所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备都与所述网络装置(105)通信，所述装置包括: 接收单元(154)，其被配置为接收数据； 传送单元(152)，其被配置为传送数据； 存储单元(156)，其被配置为存储与所述一个或多个移动设备的特征对应的参数；以及 处理单元(158)，其耦合到所述传送单元、所述接收单元以及所述存储单元，并且被配置为控制与向所述一个或多个移动设备分配资源相关联的操作，所述操作包含， 在所述网络元素(105)处，接收对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的特征信息，在所述网络元素(105)处，分别生成对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率(AGBR)值，所述AGBR值是针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的基于所述对应的特征信息所生成的GBR值， 在所述网络元素(105)处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法，以及 基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备(110-125)分配资源。
7.根据权利要求11所述的网络装置(105)，其中所述第一调度算法是比例公平(PF)调度算法。
8.根据权利要求6所述的网络装置(105)，其中，对于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备，所述对应的特征信息包含指示下列中的至少一个的信息:所述移动设备的下行链路的信号质量、与所述移动设备相关联的屏幕尺寸、所述移动设备的屏幕分辨率、与所述移动设备相关联的订户类别、以及正在从所述网络元素(105)向所述移动设备传送的所述内容的复杂度。
9.根据权利要求6所述的网络装置，其中所述处理单元(158)被配置为使得生成所述一个或多个AGBR值包含在所述网络元素(105)处通过下列操作来执行虚拟调度算法: 针对所述一个或多个移动设备(110-125 )中的每个移动设备，确定质量映射，所述质量映射映射向所述移动设备传送所述内容的速率和向所述移动设备传送的所述内容所产生的质量之间的关系，基于对应于所述移动设备的所述特征信息来确定所述质量映射， 基于所述一个或多个质量映射生成所述一个或多个AGBR值，以及 输出所生成的一个或多个AGBR值以供所述第一调度算法使用。
10.根据权利要求9所述的网络装置，其中所述处理单元(158)被配置为使得执行所述虚拟调度算法还包含:生成针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的所述AGBR值，使得优化目标函数的输出，所述目标函数表示分别向所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备传送的所述内容的总质量。
【文档编号】H04W72/12GK103931259SQ201280048804
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年10月5日
【发明者】H·维思瓦纳瑟, N·国帕拉克瑞施南, M·M·克勒赫蒂, A·贝克, G·李, D·德弗莱斯朔韦尔, S·A·贝诺, A·N·鲁德拉帕特纳 申请人:阿尔卡特朗讯公司