专利名称：测量可变位速率多媒体数据的往返延迟时间的设备与方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种测量往返延迟时间(RTT)的设备与方法，所述往返延迟时间用于在通过无线电(无线)网或因特网发送可变位速率(VBR)多媒体数据时有效地计算有效传输速率。
相关技术背景一般为了通过有线/无线因特网协议(IP)网发送实时视频(或多媒体数据)必须满足诸如充足的信道带宽、很少延迟、很少分组丢失等条件。然而，当前有线/无线IP网上的网络层没有合适的功能来满足视频传输所要求的服务质量(QoS)，因而必须用网络层的更高层次保证服务质量。为此，已提出了工作于传输层的实时传输协议(RTP)与实时传输控制协议(RTCP)。应用RTP与RTCP，可以考虑符合时限的诸特征，并能妥善处理网内出现的损失。尤其是，因为RTCP向发送机(发送点)提供了当前的网络条件与接收QoS的信息，因此可以使用提供的该信息让发送机自动地适应网络条件与接收服务质量，以便调整传输速率，或让网络管理者测量多点传送性能。
图1示出RTCP的发送机报告(SR)分组的结构，图2示出RTCP的接收机报告(RR)分组的结构。在发送多媒体数据时，SR分组从发送机(发送点)发送到接收机(接收点)。在发送机同时发送与接收或只发送时，可使用SR分组。在接收多媒体数据时，RR分组从接收机发送到发送机。
SR分组和RR分组各自包括接收报告字块，它们各自包括一个发送机发出的RTP分组的统计信息，并把该统计信息从接收机反馈给一个发送机。SR分组还包括分组长度、发送机(发送点)信息、发送时间信息、发送机的分组计数和发送机的八位位组计数。
每个接收报告字块还包括诸如丢失的比值(fraction lost)、最后SR记时印记(LSR)和自最后SR以来的延迟(DLSR)等信息。丢失的比值指出分组丢失率，LSR指出当前收到RTCP SR分组中网络时间协议(NTP)记时印记的64位的32位部分，DLSR指出自最后SR分组以来的延迟时间。就是说，DLSR表示以1/232(1/65536)秒为单位在收到发送机的最后SR分组后，直到发送RR的接收报告字块的延迟时间。时间信息与分组发送诸如LSR关联，为评估发送机准备以后发射的多媒体数据的传输速率，DLSR是一条重要的线索。
就是说，在用网络状态信息估算有效传输速率的一般方法中，使用RTT，而该RTT是用RTCP的SR与RR测量的。
现在说明测量RTT的一般方法。发送机发送SR，包括发送时的NTP记时印记值，接收机记住接收SR的时间，因而在接收机向发送机发送RR时，接收机就记录从收到SR时到发送RR分组的DLSR字段里RR时的时间间隔。接收机记录收到的RR分组LSR字段里SR的NTP记时印记值的部分位信息，然后向发送机发送RR分组。发送机检查其RR分组的接收时间，因而发送机从其RR分组的接收时间里减去收到的DLSR字段值与LSR字段值，测量RTT。
根据上述方法，由于RTT是得自RTCP SR分组信息或RTCP RR分组信息的瞬时RTT，因而对信道状况的瞬变很敏感，所以在通过调整随信道状况瞬变而剧变的RTT来估算有效传输速率时，该有效传输速率也有明显的扰动。在VBR多媒体发送系统诸如VBR视频发送系统中，有效传输速率的剧烈动使像质或音质产生明显变化，结果在网络传输的缓冲器控制方面产生重大负担，降低了用户感觉得到的多媒体质量。
发明内容
因此，为解决这些问题，本发明的目的是提供一种测量可变位速率(VBR)多媒体数据的往返延迟时间(RTT)的设备及其方法，该设备能获得逐渐反映信道状况剧变的有效传输速率，防止多媒体接收质量因评估逐渐扰动的有效传输速率而降低，其方法是用活动平均计算法测量往返延迟时间信息，并用测得的活动平均往返延迟时间信息估算有效传输速率。
为实现本发明的诸优点，作为具体实施方案和广义的描述，提出一种测量可变位速率(VBR)多媒体数据的往返延迟时间的设备，包括编码多媒体数据的视频编码器；按有效传输速率控制已编码多媒体数据的传输速率的传输速率控制器；通过分配的信道发送多媒体数据的第一接收/发送单元；用通过第一接收/发送单元收到的接收机报告(RR)分组测量瞬时往返延迟时间的往返延迟时间(RTT)测量单元；用测得的瞬时往返延迟时间计算活动平均往返延迟时间的活动平均计算单元；和运用算出的活动平均往返延迟时间估算有效传输速率并将估算的有效传输速率提供给传输速率控制器的传输速率估算单元。
为实现各种优点并根据本发明的目的，如这里具体实施的和广义描述的，提供一种测量可变位速率(VBR)多媒体数据的往返延迟时间的方法，包括接收来自接收方的实时传输控制协议(RTCP)的接收机报告(RR)分组；用该RR分组测量活动平均往返延迟时间；和运用测出的活动平均往返延迟时间估算有效传输速率。
通过以下结合附图对本发明所作的详述，本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点就更清楚了。
附图简介包括在这里以进一步说明本发明且构成本说明书的一部分的诸附图，示出本发明诸实施例，并与说明一起解释本发明的原理。附图中图1示出典型RTCP发送机报告(SR)分组的结构；图2示出典型RTCP接收机报告(RR)分组的结构；图3示出本发明测量可变位速率(VBR)多媒体数据的往返延迟时间的设备的结构；图4是本发明方法连续步骤的流程图，用于测量可变位速率(VBR)多媒体数据的往返延迟时间；图5示出用往返延迟时间测量单元测量瞬时往返延迟时间的方法；和图6是分别示出瞬时往返延迟时间和活动平均往返延迟时间的扰动范围的曲线图。
较佳实施例的详细描述现在详细参照本发明诸较佳实施例，其中的实例示于诸附图。
图3示出本发明一设备的结构，该设备用于测量可变位速率(VBR)多媒体数据的往返延迟时间。如图所示，本发明的用于测量可变位速率(VBR)多媒体数据的往返延迟时间的设备包括实时视频发送机100和实时视频接收机200，二者可通过无线电(无线)网和有线网互连。
实时视频发送机100包括编码多媒体数据的视频编码器110；按有效传输速率控制已编码多媒体数据的传输速率控制器120；经分配的信道向实时视频接收机200发送多媒体数据的接收/发送单元130；用通过接收/发送单元130接收的实时传输控制协议(RTCP)接收机报告(RR)分组测量瞬时往返延迟时间的往返延迟时间测量单元140；用测出的瞬时往返延迟时间计算活动平均往返延迟时间的活动平均计算单元150；和传输速率估算单元160，可用算出的活动平均往返延迟时间估算下一发送多媒体数据的有效传输速率，并向传输速率控制器120提供估算的有效传输速率。
实时视频接收机200包括接收实时视频发送机100经分配的信道发送的多媒体数据的接收/发送单元210；信道报告单元240，可用被接收/发送单元210收到的RTCP(实时传输控制协议)SR(发送机报告)分组检查分配信道状态，以生成一RTCP RR(接收机报告)分组，并用接收/发送单元210把RTCP RR分组发送给实时视频发送机100；缓冲接收/发送单元210收到的多媒体数据的缓冲器/缓冲控制器220；和译码已通过缓冲器/缓冲控制器220的多媒体数据的译码器230。
接收/发送单元130和210分别包括因特网协议(IP)、传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。
现在说明本发明用于测量VBR多媒体数据的往返延迟时间的如此配置的设备的操作。
图4是本发明的一流程图，示出测量VBR多媒体数据的往返延迟时间的方法的连续步骤。
在有要发送的多媒体数据时(S11)，实时视频发送机100以测得的有效传输速率发送该多媒体数据(S13)，然后生成发送机报告(SR)信息并发送该信息(S15)。
实时视频接收机200经分配的信道接收实时视频发送机100发送的多媒体数据。实时视频接收机200的信道报告单元240生成报告信道状态信息的RTCPRR分组，并经该信道向实时视频发送机100发送该RTCP RR分组。
RTCP RR分组包括特征信息，如RTCP分组长度、发送机(发送点)、丢失的比值、累计分组丢失数、收到的扩展最高序数、最后SR(LSR)、自最后SR以来的延迟(DLSR)等。
收到来自实时视频接收机200的RTCP RR分组后(S17)，实时视频发送机100的往返延迟时间(RTT)测量单元140即通过分析该RTCP RR分组，测量瞬时RTT(S19)。之后，实时视频发送机100的活动平均计算单元150利用该瞬时RTT与前一活动平均RTT(参照后面说明的公式1)，计算当前的活动平均RTT(S21)。实时视频发送机100的传输速率估算单元160，运用测出的活动平均RTT和诸如分组丢失率与分组长度等信息，估算有效传输速率(参照后面说明的公式2(S23)。
传输速率估算单元160向传输速率控制器120提供估算的有效传输速率。若还有要发送的多媒体数据，则传输速率控制器120就按传输速率估算单元160提供的有效传输速率控制多媒体数据的传输速率(S13)。
现在说明一种测量活动平均RTT的方法，以供实时视频发送机100估算甚至受网络状态瞬变而逐渐扰动的有效传输速率。
本发明测量活动平均RTT的方法与公式1所示的一样RTT(t)＝(1-j)·RTT(t-1)+j·RTTnew(公式1)RTTnew指新的瞬时RTT，而RTT(t)指通过计算RTTnew，之后再计算时刻t的RTTnew的活动平均而得到的RTT值。j指一权重，用于测定对网络状态的适应速度。j值大时，有效传输速率可迅速地适应可能造成有效传输速率剧烈扰动的新的网络状态。反之，j值小时，有效传输速率容忍网络状态变化。设定j值必须考虑对网络有效传输速率的适应性与多媒体质量剧变之间的关系。根据试验结果，当j值比如为0.1～0.2时，活动平均计算单元150和传输速率估算单元160的功能良好，即新的瞬时RTT RTTnew的权重比前一时刻t-1的活动平均RTT RTT(t-1)更大，即使对大的网络瞬变，该传输速率也可逐渐起反应。
通过计算新的瞬时RTT RTTnew，以后再计算测出的瞬时RTT和前一时刻t-1的活动平均RTT RTT(t-1)，得到当前时刻t的活动平均RTT RTT(T)。
现在说明计算瞬时RTT RTTnew的方法。
图5示出RTT测量单元140测量瞬时RTT的方法。
实时视频发送机100记录发送SR分组时的发送时间，即SR分组里的NTP(网络时间协议)记时印记值(如 302992016.125)，再发送该SR分组。根据十进制小数点，用实数部分和小数部分指示SR分组的发送时间，上32位(图1中的NTP记时印记(上32位)字段)分配给实数部分，下32位(NTP记时印记(下32位)字段)分配给小数部分。
实时视频接收机200的信道报告单元240接收该SR分组，存贮其接收时间，并记录从接收时间直到发送RR分组DLSR字段里RR分组的时间间隔。信道报告单元240记录RR分组LSR字段里收到SR分组中NTP记时印记值的部分位的信息，然后向实向视频发送机100发送RR分组。就是说，信道报告单元240在RR分组的LSR字段内记录时间信息，该信息用NTP记时印记的上32位的16位和NTP记时印记的下32位的16位指示。当NTP记时印记值比如为302991016.125时，LSR字段值为46853.125秒。
从实时视频接收机200接收RR分组时，实时视频发送机100的RTT测量单元140就检查该RR分组的接收时间A，然后从接收时间A中减去RR分组里的DLSR字段值与LSR字段值，计算瞬时RRT。若接收时间A比如为46864.500秒，则如图5所示，瞬时RTT为6.125秒。
RTT测量单元140向活动平均计算单元150提供算出的瞬时RTT。
按公式1测量活动平均RTT时，传输速率估算单元160运用诸如公式2的方法估算有效传输速率R(t)=1.22×sRTT(t)×p(t)]]>(公式2)R(t)指有效传输速率，p(t)指用RR分组的丢失的比值字段得出的分组丢失率。作为活动平均计算单元150用与公式1同样的方法测出的值RRT(t)，指活动平均RTT。“s”指分组大小。
图6的曲线分别示出瞬时RTT与活动平均RTT的扰动范围。每当收到RTCP分组，不管前一值如何，都要修正一般RTT测量法得到的瞬时RTT，可见波动极大。然而，本发明的活动平均RTT工作成活动平均值，因而逐渐扰动。
因此，在本发明测量VBR多媒体数据的RTT的设备中，用网络状态信息的平均值估算有效传输速率，使传输速率能对网络状态的瞬变逐渐起反应。
如上所述，在本发明中，由于RTT信息通过活动平均计算法测得，而且有效传输速率用测出的活动平均RTT信息估算，所以能获得可逐渐反映出信道状态的剧变的该有效传输速率。另因估算了逐渐受扰动的有效传输速率，故多媒体数据的传输速率并不苛刻地受扰动，从而能减少多媒体接收质量因像质与音质剧变而引起的劣化。
虽然本发明能以若干形式实施而不背离其精神或主要特征，但应明白，上述诸实施例并不受所述任何细节的限制，除非另有规定，而应在广义上解释为在所附权利要求书规定的精神与范围内，因此所附权利要求书包括所有落在权利要求界限内的变化与修正或者这些界限同等技术方案。
权利要求
1.一种在可变位速率多媒体数据传输系统中测量可变位速率多媒体数据的往返延迟时间的设备，其特征在于包括视频编码器，用于编码多媒体数据；传输速率控制器，用于按有效传输速率控制已编码多媒体数据的传输速率；第一接收/发送单元，用于经分配的信道发送多媒体数据；往返延迟时间(RTT)测量单元，用于用第一接收/发送单元收到的接收机报告(RR)分组测量瞬时往返延迟时间；活动平均计算单元，用于用测出的瞬时往返延迟时间计算活动平均往返延迟时间；和传输速率估算单元，用于用算出的活动平均往返延迟时间估算有效传输速率，并将估算的有效传输速率供给传输速率控制器。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于还包括第二接收/发送单元，用于经分配的信道接收多媒体数据；和信道报告单元，用于用被第二接收/发送单元收到的发送机报告(SR)分组检查分配信道的状态以生成接收机报告(RR)分组，并由第二接收/发送单元发送该RR分组。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于还包括缓冲器/缓冲控制器，用于缓冲第二接收/发送单元收到的多媒体数据；和视频译码器，用于译码已通过缓冲器/缓冲控制器的多媒体数据。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述活动平均计算单元用下式测量活动平均往返延迟时间RTT(t)＝(1-j)·RTT(t-1)+j·RTTnew其中RTTnew指新的瞬时往返延迟时间，RTT(t)指通过计算RTTnew，之后再计算时刻t的RTTnew活动平均而得出的往返延迟时间值，j指对网络状态确定适应速度的权重。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述权重设置得使前一时间的活动平均往返延迟时间具有比新的瞬时往返延迟时间更大的权重。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述往返延迟时间测量单元通过计算接收机报告分组的接收时间和接收机报告分组最后SR字段值及自最后SR以来的延迟(DLSR)字段值，测量瞬时往返延迟时间。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传输速率估算单元按下式估算有效传输速率R(t)=1.22×sRTT(t)×p(t)]]>其中R(t)指有效传输速率，p(t)指了组丢失率，RTT(t)指活动平均往返延迟时间，s指分组大小。
8.一种在可变位速率多媒体数据传输系统中测量可变位速率多媒体数据的往返延迟时间的方法，其特征在于包括从接收方接收实时传输控制协议(RTCP)的接收机报告分组；用接收机报告分组测量活动平均往返延迟时间；和用测得的活动平均往返延迟时间估算有效传输速率。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述测量步骤包括用接收机报告分组测量新的瞬时往返延迟时间；和通过计算新的瞬时往返延迟时间和前一活动平均往返延迟时间，测量当前活动平均往返延迟时间。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述当前活动平均往返延迟时间按下式测量RTT(t)＝(1-j)·RTT(t-1)+j·RTTnew其中RTTnew指新的瞬时往返延迟时间，RTT(t)指在时刻t算出的活动平均往返延迟时间，RTT(t-1)指在时刻t-1算出的活动平均往返延迟时间，j指对网络状态确定适应速度的权重。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述权重设置得使前一活动平均往返延迟时间(RTT(t-1))具有比新的瞬时往返延迟时间(RTTnew)更大的权重。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在测量瞬时往返延迟时间的方法中，通过计算接收机报告分组的接收时间和接收机报告分组的最后SR(LSR)字段值与自最后SR以来的延迟(DLSR)字段值，测量瞬时往返延迟时间。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述DLSR字段值指从接收方接收发送机报告(SR)分组的时刻直到发送接收机报告(RR)分组的时刻的时间间隔。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，基于发送机报告分组的网络时间协议(NTP)记时印记的LSR字段值指发送机报告分组的发送时间。
15.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括按估算的有效传输速率控制下一个要发射的多媒体数据的传输速率。
16.如权利要求8所述的方法，其特征在于，有效传输速率按下式估算R(t)=1.22×sRTT(t)×p(t)]]>其中R(t)指有效传输速率，p(t)指分组丢失率，RTT(t)指活动平均往返延迟时间，s指分组大小。
全文摘要
提供一种测量可变位速率多媒体数据的往返延迟时间的设备与方法，其中在从接收方接收实时传输控制协议(RTCP)接收机报告(RR)分组时，用接收机报告分组相应的字段值计算瞬时往返延迟时间，用算出的瞬时往返延迟时间与前一次活动平均往返延迟时间估算当前活动平均往返延迟时间，并用测出的当前活动平均往返延迟时间修正有效传输速率。因此，估算的有效传输速率甚至对网络很大的瞬变逐渐起反应，从而避免了多媒体接收质量因多媒体数据传输量剧变而造成的恶化。
文档编号H04L29/06GK1725760SQ20051008820
公开日2006年1月25日 申请日期2005年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者徐光德 申请人:Lg电子株式会社