在移动服务器中的视频压缩的适配的制作方法

本发明涉及一种在移动服务器中的视频压缩的适配。本发明特别是涉及一种如下的应用，在该应用中，视频数据流应从源通过网络连接、例如通过互联网和/或无线连接而传输到至少一个接收机。

背景技术：

已知自适应HTTP流系统(AHS)，其对在源与至少一个接收机之间的实时和时延(按需要)的视频流设有自适应的适配。自从2011年11月以来，基于HTTP的动态自适应流(DASH)——也已知为MPEG-DASH——引入用于AHS的标准。在此，在源侧上并行地利用不同比特率来产生同一视频的N个视频等级，并且将这些视频等级划分成预定义长度(例如2秒)的段。这些视频等级这样分类，使得高比特率引起良好的主观的用户满意度(用户体验质量、QoE)，而低比特率导致不良的用户满意度。这些不同比特率的段参引在索引文件(MPD)内，并且通过网络服务器提供给各接收机。在接收机侧上的算法连续地测量在源与接收机之间的网络吞吐量以及缓冲器填充度，并且通过标准HTTP请求来动态地请求适合于网络性能的视频等级。于是这些段通过HTTP传输机制从在源上的网络服务器传输到至少一个接收机。

AHS系统主要是应用在所谓的内容分发网络(CDN)中，所述内容分发网络为视频流到多个不同类型的接收机的传输设有不同的网络连接。在这样的系统中假定，服务器(在该服务器上存储有各视频等级)具有稳定且宽带的网络连接。AHS系统的优点特别是在于将视频流动态地适配于接收机不同的给定条件的可能性。在AHS系统实现之前确定视频等级的N个不同的比特率。N在当前的实现中根据AHS编码装置的容量处于10～15个视频等级的范围中。

AHS的当前已知的实现例如是Microsoft公司的Smooth Streaming、MPEG-DASH、Apple公司的HTTP Live Streaming或Adobe公司的HTTP Dynamic Streaming(HDS)。

通过在实现阶段中对各AHS视频等级的比特率的确定，采取一种静态的预选，所述预选应覆盖到各接收机的潜在传输速度的大范围。

有意的是，将来为从移动终端设备到远程单元的来自摄像系统的实时流使用AHS系统，所述移动终端设备(例如智能电话或车辆)设有通过蜂窝移动无线电系统的连接。在此，所述移动终端设备是源，区别于内容分发网络，所述源不具有稳定的宽带的网络连接。因此，一方面，通过移动终端设备的可用的移动无线电系统的容量得到潜在的网络性能范围。另一方面，基于移动终端设备有限的容量，所产生的视频等级的数量是有限的，并且低于对于内容分发网络常见的数量、例如低于5。由于不同无线电接入系统的性能波动和不同容量，可能出现如下情况，在该情况下，基于对各视频等级的静态的确定，对于当前的网络性能仅能使用视频等级的小部分数量。相反，这可能导致主观的用户质量处在一个恒定的次优水平上。因为各视频等级必须覆盖网络的整个性能范围，所以从一个视频等级到下一个视频等级的视频质量的区别相对大。

在内容分发网络中(内容分发网络同时服务多个接收机)可能出现如下情况，在该情况下，所有接收机中的相似类型的接收机和/或相似类型的网络连接仅使用之前定义过的视频等级中的一部分。这在实时系统中导致，未使用所述视频等级中的一些视频等级。

US2006/0294210A1公开了在移动电话上的点对点(ad hoc)服务。

上面所提到的两个原因导致，一方面未加利用地产生视频等级，而另一方面用户满意度不是优化的。

技术实现要素：

本发明提出如下任务，即提供一种用于压缩数据流的改进方法和改进设备。

本发明的任务通过根据权利要求1的用于压缩数据流的方法、根据权利要求10的压缩设备和根据权利要求12的视频压缩设备得到解决。各从属权利要求描述优选的实施方式。

按照本发明的用于压缩从源到至少一个宿的数据流的方法包括以下步骤：确定在数据流的传输期间网络的至少第一带宽和第二带宽，所述第一带宽和第二带宽提供给源，用于将数据流传输到至少一个宿。至少利用第一压缩率将数据流压缩为第一压缩数据流，并且利用第二压缩率将数据流压缩为第二压缩数据流，其中，第一压缩率选择为，使得第一压缩率是为利用第一带宽的传输而优化的，而第二压缩率选择为，使得第二压缩率是为利用第二带宽的传输而优化的。所述第一和第二压缩数据流可以提供用于同时的传输。

源可以是移动设备，而网络可以是移动无线电网络。移动无线电网络的带宽和/或移动无线电技术、亦即网络协议可以根据地点而变化。源可以与多个移动无线电网络相连接。源可以通过多个物理的上行链路连接而同时传输至少一个压缩数据流。

按照本发明的方法在运行时动态地选择各压缩率。由此能实现，仅需同时产生较少数量的压缩数据流。由此，移动设备的资源不太重地承受负荷。按照本发明的方法特别是适合于基于http协议的流。所述流可以是基于拉的流。压缩数据流的传输可以面向包地进行，例如通过互联网协议(TCP/IP)。

所述方法可以提供分别具有一个不同压缩率的多个压缩数据流。在一个实施方式中，优选同时提供大致4～5个压缩数据流。

移动无线电网络可以借助不同技术(这些技术具有不同带宽)来耦合移动设备。移动无线电技术例如可以是GSM、UMTS、LTE、WLAN或类似技术。每种移动无线电技术具有一个不同的带宽。按照本发明确定，网络可以提供哪些带宽。在一个实施方式中，将数据流在至多四种不同的带宽中压缩。所述宿、例如接收机可以在适合于该接收机的带宽中调用数据流。一旦源改变自身的地点并且不再存在确定的移动无线电技术，所述源就不再能提供具有该移动无线电技术的相应带宽的数据流。假如由于地点变化而提供有一个例如具有更高带宽的附加的移动无线电技术，那么所述源也能以相当于附加存在的移动无线电技术的带宽来提供数据流。在本发明意义中的移动无线电技术可以是一种网络协议，例如GSM、UMTS、LTE、WLAN、IEEE802.11。在本发明的这方面中，基本上基于相应的移动无线电技术的带宽来选择压缩率。

在第一实施方式中，第一带宽和第二带宽之间的差别基本上等于一个移动无线电技术和一个具有下个更高或下个更低的带宽的移动无线电技术之间的差别。在另一实施方式中，第一带宽和第二带宽之间的差别小于一个移动无线电技术的传输率与一个具有下个更高或下个更低的传输率的移动无线电技术的传输率的差别。由此能实现视频数据流的带宽需求的和压缩率的更精细分级。因此，所述数据流可以由两种移动无线电技术使用，从而在从一个网络小区转移到另一网络小区时以及在移动无线电技术变化时不出现视频质量的跳跃性的变化。此外避免缓冲器下溢。

确定第一带宽和第二带宽的步骤可以有利地包括：确定关于在源中所要求的数据流的统计数据。确定第一带宽和第二带宽的步骤可以包括：确定从源到网络的带宽和/或确定从网络到至少一个宿的带宽。例如可以测量从源到网络的当前带宽和/或从网络到宿的当前带宽。在另一实施方式中，可以借助历史数据来确定从源到网络和/或从网络到宿的可能的带宽。此外，可以借助统计数据来确定从网络到至少一个宿的带宽。在另一实施方式中，可以基于在当前时间段中对各压缩数据流的访问来确定从网络到多个宿的带宽的分配。所述分配可以包括：所述多个宿要求各压缩数据流具有哪些压缩率。所述方法可以提供统计上看最频繁地由多个宿所要求的带宽。这些统计数据可以包括：具有怎样的压缩率的压缩数据流被多个宿要求。确定从源到网络和/或从网络到宿的带宽可以包括：要求关于网络的可能的带宽的信息。可以基于多个宿的特性来确定所述第一和第二压缩率。所述特性可以包括由至少一个宿所需要的压缩率。通过借助统计数据和/或借助对各压缩数据流的访问的分配来确定第一压缩率和第二压缩率，可以基于各个宿的特性来确定各压缩率。在另一实施方式中，宿的特性可以包括至少一个宿的用户行为。

可以确定宿的应用的至少一个特性。宿的特性例如可以是屏幕分辨率和/或视频播放装置的分辨率。第一压缩率和/或第二压缩率可以根据宿的应用的特性来确定。

所述方法可以利用第三压缩率来压缩数据流，在第三压缩率中，至少一个参数相对于第一压缩率作了修改，其中，第三压缩率与第一压缩率之间的区别小于或等于第三压缩率与第二压缩率之间的区别。由此可以提供一个处于第一压缩率附近的压缩率。假如大量的宿调用具有第一带宽的数据流，那么该步骤可以是有用的。由此可以以较高带宽提供数据流，这对用户满意度(QoE)产生积极作用。可以利用对压缩率较精细的分级来提供数据流。由此，宿具有较多的可能性来选择压缩率和/或带宽，这引起尽可能好的用户满意度(QoE)。例如如果没有终端设备调用具有第二带宽的数据流，那么所述方法可以结束利用第二压缩率对数据流的压缩。在该实施方式中，所述第一压缩率用于数据流通过第一网络技术的传输。所述第二压缩率用于数据流通过第二网络技术的传输，其中，相比于所述第一网络技术，所述第二网络技术具有下个更低或下个更高的带宽。可以基于所述由宿所调用的压缩数据流来选择所述第一和第二压缩率。所述第三压缩率可以是在第一和第二压缩率之间的中间值。

数据流和/或压缩数据流可以具有视频数据。压缩率可以包括视频数据的帧率、图像质量和/或分辨率。之前所提到的宿的应用的特性可以是视频数据的分辨率。第三压缩率可以具有与第一压缩率相同的分辨率。第三压缩率可以具有与第一压缩率不同的帧率。由此，可以将视频数据流更好地显示在宿上，因为出现更少的运动伪像。所述数据流也可以包括元数据。

所述方法可以有利地在将移动终端设备的视频流传输到远程的宿时使用。在该情况下，压缩率可以是一种所谓的视频等级。这种等级例如定义在H.264中。视频等级例如可以确定分辨率、比特率、图像质量和帧率。按照本发明的方法可以通过预先确定数量的视频等级来选择压缩率(例如比特率)的动态适配。在一个实施方式中，视频等级的压缩率、例如比特率这样选择，即其处于源的当前连接的网络性能的范围中。

本发明的任务也通过一种压缩设备得到解决，所述压缩设备构成为用于压缩数据流。所述压缩设备包括确定装置，该确定装置构成为用于确定网络的至少第一带宽和第二带宽，所述第一带宽和第二带宽提供给源，用于将数据流传输到至少一个宿。所述压缩设备也包括压缩装置，该压缩装置构成为用于利用至少第一压缩率将数据流压缩为第一压缩数据流并且利用第二压缩率将数据流压缩为第二压缩数据流，其中，第一压缩率选择为，使得第一压缩率是为利用第一带宽的传输而优化的，而第二压缩率选择为，使得第二压缩率是为利用第二带宽的传输而优化的。所述源可以是移动设备，该移动设备提供第一压缩数据流和第二压缩数据流，用于同时的传输，而网络可以是移动无线电网络。移动无线电网络的带宽和/或移动无线电技术、例如网络协议可以根据地点而变化。

确定装置可以：确定源到网络的带宽；确定从网络到至少一个宿的带宽；确定从源到网络的当前带宽；确定从网络到至少一个宿的当前带宽；借助历史数据来确定从源到网络的可能的带宽；借助历史数据来确定从网络到至少一个宿的可能的带宽；借助统计数据来确定从网络到至少一个宿的带宽；基于在当前时间段中对压缩数据流的访问来确定从网络到多个宿的带宽的分配；以及调用关于网络的可用的带宽的信息。所述第一和第二压缩率可以基于多个宿的特性来确定。统计数据可以包括：具有怎样的压缩率的压缩数据流被多个宿要求。所述分配可以包括：具有怎样的压缩率的压缩数据流被多个宿要求。

本发明也涉及一种视频压缩设备，其具有之前所提及的压缩设备，其中，数据流和/或压缩数据流具有视频数据，并且压缩率包括帧率、图像质量和/或分辨率。

所述压缩设备和视频压缩设备可以如之前就方法所描述的那样进一步改进。

本发明也涉及一种计算机程序产品，当该计算机程序产品在具有处理器和存储器的计算机上执行时，该计算机程序产品执行之前所描述的方法。

附图说明

现在参照附图更详细地描述本发明，这些附图示出本发明的非限制性的实施方式，其中：

图1示出示例性的流架构；

图2示出示例性的AHS/DASH视频等级；

图3示出在汽车的环境中示例性的流场景；

图4a示出现有技术的示例性的视频等级；

图4b示出本发明的示例性的视频等级；以及

图5示出网络场景的时间曲线图。

具体实施方式

图1示出示例性的流架构。摄像机102产生图像数据，所述图像数据传送到视频压缩设备104上。视频压缩设备104包括压缩装置106，所述压缩装置利用不同压缩率将由摄像机所获取的视频数据流压缩为多个视频数据流108、110、112。视频数据压缩设备104例如可以借助在移动终端设备上的软件来实现。视频数据压缩设备104也可以在机动车的控制器中实现。摄像机102可以是机动车的前置摄像机。

此外，视频压缩设备104包括确定装置118，该确定装置构成为用于，通过接口116来获取关于可能的网络性能、亦即可能的网络带宽的信息。无线电接入节点114也可以通过该接口传送平均的网络性能μBW。视频压缩设备104可以通过移动无线电网络(未示出)与无线电接入节点相连接。无线电接入节点114将视频数据流108、110、112通过网络300发送到流接收机202上，在流接收机上连接有显示装置204。

如之前所描述的那样，无线电接入节点114(移动电话)可以通过接口116将无线电接入节点与视频压缩设备104之间的平均网络性能μBW传送到确定装置118上。此外，所述平均网络性能μBW可以通过测量上行链路网络性能和/或通过与地点相关的历史网络性能数据来确定。紧接着，可以具有AHS/DASHN编码器的压缩装置106产生从唯一的视频信号中产生的多个视频流108、110、112，这些视频流分别配设有一个所谓的视频等级VL1、VL2、VL3、VL4。视频等级可以具有帧率、分辨率和/或比特率。N个视频流108、110、112借助N个视频等级的压缩可以在一个与μBW相关的网络性能范围中进行：

r∈{μBW-δ_lb；μBW+δ_ub}

其中，δ_ub和δ_lb说明在μBW,E2E周围的网络性能范围。

示例性的视频等级示出在图3中。

现有技术的流接收机202的AHS/DASH接收装置206在该实施方式中不必被适配。

通过考虑网络背景、亦即网络性能、网络带宽以及类似特性，能产生具有小区别的视频等级。通过对各视频等级非常细的分级可以实现主观用户质量的改善，因为流接收机202可以选择产生最高用户满意度(QoE)的视频数据流108、110、112用于传输。

在另一实施方式中，可以借助统计方法来确定，借助哪种压缩来产生视频数据流108、110、112。确定装置118确定，相应的视频数据流108、110、112由各流接收机202多频繁地调用。假如各流接收机仅要求视频数据流108、110、112的一部分，那么由此可以提高效率。

假如所有流接收机202以高概率调用具有最低比特率VL1的视频数据流108，那么由此可以认定，多个流接收机202具有一个具有低网络性能的网络连接、例如UMTS。类似情况在许多流接收机202具有一个具有高网络性能的网络连接、例如LTE并且因此调用具有最高比特率VLN的视频数据流112时存在。为了实现对该用户组的用户满意度的改善，发明人建议，利用在网络性能周围的范围中的比特率来产生各压缩率、例如各视频等级。在此，适用：

r∈{b_VL，1-δ_Ib；b_VL，1+δ_ub}；

其中，δ_lb和δ_ub给定各比特率的下限和上限范围，所述比特率的下限和上限可以根据视频等级的最新的请求统计来适配。

此外可设想的是，对具有借助不同网络技术的极其不同的网络连接的多个组也同时实施对各压缩率、例如各视频等级的基于调用统计的选择。如果例如存在两组流接收机202，其中，一个组具有低网络性能(UMTS)，而另一个组具有高网络性能(LTE)，那么视频数据流108、110、112的一部分设置用于具有高网络性能的流接收机202的组，而视频数据流的一部分设置用于具有低网络性能的流接收机202的组。

借助本发明，能实现对压缩(例如视频等级)的与背景相关的和/或与地点相关的适配、对视频数据流108、110、112或压缩率或视频等级的有效利用，以及对主观的用户满意度的改善。该优点基本上可以通过对视频等级的精细分级来实现，因为用户对大的质量跳跃产生负面感觉。各视频等级之间的分级越小，主观的用户满意度就越高，作为对比，各视频等级或各压缩率的粗略分级则不能实现这点。

压缩率(对于第三压缩率)的精细分级优选可以这样选择，即所述分级轻微地超过感知的可区别度的界限。因此，在选择具有较低压缩率的较高视频等级时用户获得可感觉到的质量改善，但所述区别没有大得使单独图像质量变化的强度又对用户满意度具有干扰作用。

图3示出本发明在汽车的环境中的应用。机动车101包括驾驶员辅助摄像机102，该驾驶员辅助摄像机连接在视频压缩装置112上。发送装置113将视频数据流发送到网络300上。网络300可以具有广域网(WAN)。发送装置113可以借助GSM网络、UMTS网络304、LTE网络和WLAN 307与广域网308相耦合。

第二机动车201借助接收机203通过GSM网络、UMTS网络302和LTE网络314与广域网308相连接。接收机203通过网络300接收由摄像机102所产生的视频数据流。所述视频数据流由流接收机202解码或解压缩并且示出在显示装置204上。

下面以实时视频数据流的形式描述一种示例性的应用，利用该应用将来自第一机动车101的驾驶员辅助摄像机102的视频传输到在第一机动车101之外的系统(车外系统)上。在此必须考虑到，不仅发送装置113而且接收装置203根据当前的地点具有不同的网络性能。第一机动车包括中央通讯设备115，该中央通讯设备也称为汽车通信模块(ATM)，并且汽车通信模块可以构建发送装置113与GSM网络302、UMTS网络304、LTE网络306和WLAN网络的通信。在一个实施方式中，压缩设备112可以并行地产生至多四个视频数据流108、110、112或者说视频等级。

在使用固定压缩率的现有技术的实现中，必须在实现时刻确定四个压缩率，这些压缩率覆盖从用于GSM网络的110Kbit/s直到用于LTE网络的50Mbit/s的网络性能范围。在1170×600像素的视频数据流的分辨率中，合适的视频等级是100kbit/s(VL1)、1Mbit/s(VL2)、3Mbit/s(VL3)和4Mbit/s(VL4)。这样的视频等级示出在图4中，其中，在垂直方向上示出各视频等级并且在水平方向上示出所述四个视频数据流108、110、112、113之中的相应的视频数据流的视频段。

图5示出与时间相关的网络性能，假如第一机动车1处于一个具有变化的网络性能的区域中。在直至时刻t1的时间段中，车辆具有经由UMTS网络304(VL2)的连接，并且在时刻t1上实施到LTE网络306(VL4)的转移。通过使用之前粗略分级的视频等级，所要求的视频等级不在连接期间而仅在UMTS网络304和LTE网络306之间转移时进行适配。在现有技术中，在网络技术变化时发生视频等级的比特率的大跳跃，在该例子中跳跃可以为3Mbit/s。此外，现有技术的实现是不利的，因为当网络连接的带宽波动时，存在缓冲器下溢危险。

按照本发明，在一个实施方式中设置附加的与网络相关的视频等级，它们对于每个网络技术定义一个不同的压缩率或视频等级。由此能实现，根据网络性能，实现压缩率的较精细的分级，这引起用户满意度的改善。

在图4b中示出这样的视频等级。附加于视频等级VL1，提供视频等级VL1a、VL1b和VL1c，它们分别具有不同的压缩和带宽。附加于视频等级VL2，提供具有不同比特率和/或压缩率的视频等级VL2a、VL2b和VL2c。此外，附加于视频等级VL3，提供视频等级VL3a、VL3b和VL3c，它们在压缩率和/或比特率方面与视频等级VL3相区别。除视频等级VL4之外，提供视频等级VL4a、VL4b和VL4c，它们在压缩率和/或比特率方面与视频等级VL4相区别。原始的视频等级VL1、VL2、VL3、VL4与附加引入的视频等级VL1a～VL1c、VL2a～VL2c、VL3a～VL3c、VL4a～VL4c之间的差别明显小于压缩率或视频等级VL1、VL2、VL3和VL4(它们配设给相应的网络技术)之间的差别。基于在移动设备中实现的视频压缩装置106相对而言较低的性能，从之前所描述的各视频等级中仅同时产生四个视频等级。换言之，视频压缩装置106仅产生四个在图4b中设有的具有不同视频等级的视频数据流。

在另一实施方式中，应通过移动无线电网络310、312、314为智能电话的多个用户提供视频数据流。在该实施方式中，编码单元、例如视频压缩设备206、源的性能是有限的，并且视频压缩设备206可以给摄像机102的视频数据流提供仅四个视频数据流。具有最低视频质量的两个视频等级通过降低视频的空间分辨率的方式来产生。在该实施方式中，视频等级VL1可以支持585×300像素的分辨率和100kbit/s的比特率；视频等级VL2可以支持585×300像素的分辨率和1Mbit/s的比特率；视频等级VL3可以支持1170×600像素的分辨率和3Mbit/s的比特率以及视频等级VL4可以支持1170×600像素的分辨率和5Mbit/s的比特率。在该实施方式中，两个智能电话同时要求视频。第一智能电话具有一个600×400像素的原生屏幕分辨率。该智能电话的视频播放装置不能支持1170×600像素的分辨率并且因此该智能电话仅能从视频压缩装置112调用视频等级VL1和VL2。所述第二智能电话S2例如由于其在建筑物中当前的位置而具有持续不良的无线电连接并且因此当前的带宽限制于4Mbit/s。智能电话S2在压缩设备中仅调用视频等级VL1、VL2和VL3。

在一个预先确定的时间段之后，视频等级VL4从未被视频压缩装置106调用。因此视频压缩装置可以构成为用于，不再提供视频等级VL4，而作为新的视频等级，提供具有585×300像素的分辨率和2Mbit/s的比特率的视频等级VL2'，这通过对视频等级的更精细的分级能在用户方面改善用户满意度。

按照本发明，压缩设备206被减轻负担，因为与情况相关地、与地点相关地、与负荷相关地和/或与背景相关地仅提供具有需要的压缩(例如视频等级)的有限数量的压缩数据流。此外，本发明提高用户满意度。因为假如经常调用一个压缩数据流，就可以利用一个相似的压缩率来产生一个附加的数据流，由此能实现压缩率在更精细的等级中的分级。