专利名称：组播速率优化的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于组播速率优化的方法和设备。具体地，本发明涉及用于控制通信 系统中的编码器的方法及相关联的设备。
背景技术：
组播是用于通信系统中从发送器向多个接收器发送源信号的有效率使用带宽的 技术。一般地，发送器中包括编码器，接收器中包括解码器。众所周知的是，对信号编码的 目的是实现信号的紧凑表示。一般地，根据两种基本编码原理中的一种或多种来执行这种 编码，即，使用可预测的信号属性(例如图像中像素之间的相关性(空间冗余)、相邻视频信 号帧中像素之间的相关性(时间冗余)等等)的冗余移除，以及使用接收器对信号表示中 特定变化的不关心(例如观众对视频信号中小的量化误差的不关心)的非相关移除。组播的效率主要是由于以下事实仅需要在通信系统中的任何链路上发送源信号 的编码一次。然而，伴随带宽效率的是通信系统中所有接收器都被约束使用源信号的相同 编码的缺点。从而，不管每个接收器接收信号的相应能力如何，每个接收器都感知到由编码 的比特率所确定的相同信号质量。一般地，与通信系统中的其它接收器相比，每个接收器可 具有不同的接收信号的能力。一般地，编码系统需要考虑到其进行操作所处的通信系统的可靠性。在通信系统 中，一般存在特定概率的信号非理想发送，例如，已编码信号的失真或仅发送已编码信号的 一部分。此外，对编码系统的要求可以由于以下原因而快速改变通信系统中的负载变化、 对接收信号的接收器能力的不准确估计、接收器加入和离开发送会话等等。有利地，编码器因此应该能够快速适应通信系统中的所估计的条件的变化，并能 够说明所估计的条件的不确定性。用于选择编码的比特率的常规方法基于具有高计算 复杂度的迭代过程，参见例如 Y. R. Yang、Μ. S. Kim 和 S. S. Lam 的"Optimal partitioning of multicast receivers，，，Int. Conf. on Network Protocols, pp. 129-140, November 2000, H. Yousefi ' zadeh, H. Jafarkhani,以及 A. Habibi 的"Layered media multicast control (LMMC) :Rate allocation and partitioning，，，IEEE/ACM transactions on Networking, vol. 13， pp.540—553，2005，以及 J. Liu、B. Li 禾口 Y. -Q. Zhang 的"Optimal stream replication for video multicasting", IEEE Transactions on Multimedia, vol. 8, pp. 162-169,2006。当流的可解码子集的数目很大时，这样的常规方法是特别没有效 率的。从而，在本领域内需要组播比特率优化的方法，以使得能够增强通信系统中整体 编码和解码系统的性能，该方法高效地允许流的大量的可解码子集，以及提供了对通信系 统中变化条件的增强适应性，并考虑到对这种条件的估计中所固有的不确定性。
发明内容
如上所述，组播比特率优化问题的关键方面是通信系统随着时间变化，例如，通信、对接收器接收信号的能力的不准确估计、接收器加入和离开发送会话等等。从而，本发明的目标是提供用于控制包括多个接收器的通信系统中的编码器的方 法，以增强通信系统中的整体编码和解码系统的性能。本发明的另一目标是提供用于执行这种方法的设备。根据本发明的第一方面，提供了一种如独立权利要求1中所限定的用于控制通信 系统中的编码器的方法。在本发明的上下文中，流的可解码子集的属性包括但不限于对整体编码器-解码 器系统性能有影响的发送质量测量。通过根据本发明的第一方面的方法，通过将条件，具体地接收器感知到的平均失 真，建模为随机变量的输出，来考虑对通信系统中的条件的估计的不确定性，其中，模型的 随机本质说明了对条件的估计中的不确定。同样地，因为根据本发明的第一方面的方法的 输出取决于对条件的估计，该方法适应通信系统中变化的条件。根据本发明的第二方面，提供了一种如独立权利要求8中所限定的在包括多个接 收器的通信系统中使用的编码器。根据本发明的第二方面的编码器适于执行根据本发明的第一方面的方法，并从而 将与本发明的第一方面相同的优点应用到本发明的第二方面。根据本发明的实施例，优选地选择单元子集中的一个或多个单元，并且针对所选 择的一个或多个单元中的每一个单元，对于所述单元确定是否满足条件(i)在可以改变 所述单元和所述单元的边界单元的可解码子集的属性，以及不可以改变所述单元和所述单 元的边界单元的总尺寸的情况下，对所述单元和所述单元的边界单元中包含的接收器所感 知到的平均失真的贡献是否最小，并且，如果不满足，为与所述单元相关联的流的可解码子 集的速率分配新值，以使得对于所述单元满足以上条件(i)。这确保了所述一个或多个单元 和所述一个或多个单元的边界单元中包含的接收器所感知到的平均失真最小。根据本发明的其它实施例，流的可解码子集的属性由以下一项或多项组成每时 间单位的信号表示长度、差错恢复、以及擦除恢复。这些属性直接影响到接收器所感知到的 失真，并从而在控制编码器的过程期间能够有利地改变这些属性。根据本发明的又一实施例，接收针对多个接收器的反馈信息，其中，所述反馈信息 包括对与可以用于向接收器发送信号的速率相关的约束的测量，其中该约束由用于与接收 器通信的可用带宽组成。根据本发明的又一实施例，多个流包括视频或音频信号。根据本发明的又一实施例，编码器包括多个子编码器，每个子编码器输出一个流， 其中，每个子编码器被提供了由所述子编码器所输出的流的属性。因此，对每个子编码器的 单独控制是可能的，从而使得子编码器的操作特别适合于子编码器的能力。根据本发明的又一实施例，编码器包括输出多个流的分层的(嵌入式)或多个描 述的编码器，所述多个流形成一定数量的可解码子集，其中，所述分层的或多个描述的编码 器被提供了由所述分层的或多个描述的编码器所输出的每个可解码子集的属性。通过备选 配置，其提供了与以上才描述的本发明的实施例所提供的优点相类似的优点。根据本发明的又一实施例，向一个或多个预定接收器发送所述多个流中的每个 流。以这种方式，可以将通信系统视为用于促进发送器(编码器)和接收器之间的信号传输的中继网络。接收器可接收的流的总数等于流的可解码子集的数目。根据本发明的又一实施例，优选地为流的可解码子集的速率分配初始值。应当理解，可以以任意的方式对以上通过本发明的不同方面和实施例来描述的特 征以及所附权利要求所公开的特征加以组合，这在本发明的范围之内。例如，根据本发明的 一个示例实施例，根据本发明的第一方面的方法还包括接收针对多个接收器的反馈信息， 其中，反馈信息包括对可以用于向接收器发送信号的速率的测量，此外，选择该至少一个单 元中的一个或多个单元，并且针对所选的至少一个或多个单元中的每个单元，确定对于所 述单元是否满足以上条件(i)，如果不满足，为与所述单元相关联的流的可解码子集的速率 分配新值，以使得对于所述单元满足以上条件(i)。
应当理解，如图所示的本发明的示例实施例仅用于例证目的。当结合以下详细描 述和所附权利要求考虑附图时，本发明的其它实施例和优点将变得显而易见。此外，应当理解，附图中所提供的引用符号是用于促进更快地理解权利要求的目 的，并从而不应该将其解释为以任何方式对本发明的范围的限制。图1是示出了本发明的实施例的流程图。图2是本发明的实施例的示意说明。图3是本发明的另一实施例的示意说明。图4是本发明的又一实施例的示意说明。图5是用于解释本发明底层的创造性理论的流程图。
具体实施例方式
出于通过附图进行示例说明的目的，现在将描述本发明的优选实施例，其中，在所 有视图中相似的标号指示相同的单元。应当理解，本发明包含了其它示例实施例，这些示例 实施例包括以下所描述的特征的组合。附加地，在所附权利要求中限定了本发明的其它示 例实施例。图1是本发明的示例实施例的示意说明。在图1中，以标号1来表示发送器。然 而，在图1中示出的示例实施例中，发送器包括编码器。从而，出于解释本发明的目的，下面 可交换地使用术语发送器和术语编码器。然而，不应该将其解释为以任何方式对本发明进 行限制。编码器1接收作为输入的要经由通信系统3向接收器2发送的一个或多个信号 (图中未示出)。根据本发明的示例实施例，所述输入信号由摄像机等或麦克风等、或者由 这种设备的组合所产生。根据本发明其他示例实施例，通信系统可以是诸如GSM网络的无 线网络、诸如互联网的分组网络、或者诸如存储设备(例如，高密度盘、硬盘驱动等)的发送 介质、或者对于本领域技术人员显而易见的其它任何通信系统。在图1中所示的本发明的 示例实施例中，接收器2的数目是四。然而，意图在于，本发明包含了本发明的包括任何数 目的接收器的其它示例实施例。本领域众所周知的是，在编码器1中，对要向接收器2发送的输入信号进行编码， 以达成该信号的更紧凑表示，从而促进发送器(编码器)1和接收器2之间的通信。此外，同样为本领域众所周知的是，编码-解码系统中的接收器一般包括解码器。自然地，解码器 的目的是对从发送器(编码器)发送的编码信号进行解码。编码器1的输出由多个流4组成，可以在不了解该多个流4中每个流的情况下对 该多个流的至少一些子集进行解码。本文中，将流的这种子集称为可解码子集。在图1所 示的本发明的示例实施例中，流4的数目是三。然而，意图在于，本发明包含了本发明的包 括任何数目的流的其它示例实施例。根据本发明的示例实施例，流4包括视频或音频信号。接收器2中的每一个接收器接收流的至少一个可解码子集，并优选地向编码器1 发送反馈信息。在图1中由5指代的项上的多个箭头来表示该接收和发送。从而，根据本发明的示例实施例，除了上述一个或多个信号外，编码器1经由通信 系统3接收作为输入的针对接收器2的反馈信息6。优选地，反馈信息6使得其包括对与 可以用于向接收器2发送信号的速率有关的约束的测量。根据本发明的另一实施例，与可 以用于向接收器2发送信号的速率有关的约束由用于与接收器通信的可用带宽组成。优选 地，编码器1包括适于接收所述反馈信息的控制单元7。图2是示出了本发明的示例实施例的流程图。在步骤201中，将通信系统3中包 含的多个接收器2划分为至少一个单元，其中，将每一个单元与流的可解码子集相关联。此 外，每一个可解码子集与可以用于向接收器发送信号的特定速率相关联。在本发明的示例 实施例中，为流的可解码子集的速率分配初始值。可以在步骤201之前，或者在步骤201之 后但在步骤202之前，执行初始值的分配。接下来，针对该至少一个单元的子集，在步骤202中确定(i)在可以改变所述单 元子集和所述单元子集的边界单元的可解码子集的属性，以及不可改变所述单元子集和所 述单元子集的边界单元的总尺寸的情况下，对所述单元子集和所述单元子集的边界单元中 包含的接收器所感知到的平均失真的贡献是否最小。如果是，在步骤205中，控制编码器， 依照当执行步骤201和202时所获得的流的可解码子集的速率，输出流的可解码子集。换言之，如果在步骤201中与流的可解码子集相关联的速率满足条件(i)，通过依 照如此确定的速率输出流的可解码子集，以使用如此确定的速率来控制编码器。然而，如果否，在步骤203中选择单元子集中的一个或多个单元，并且针对所选的 一个或多个单元中的每一个，在步骤204中确定对于该单元是否满足条件(i)。如果所述 一个或多个所选择的单元满足条件(i)，再次执行步骤202。如果不满足，在再次执行步骤 202之前，为与相应单元相关联的流的可解码子集的速率分配新值，以使得对于该单元满足 条件⑴。根据本发明的示例实施例，在步骤203中选择一个或多个单元是随机选择的、根 据预定义的顺序选择的、或者一个或多个单元被选择使得针对所选择的一个或多个单元中 的每一个，与选择其它任何单元相比，最大地降低了该单元的边界单元中包含的接收器所 感知到的平均失真。由于如图2所示获得的速率，接收器2所接收的信号的感知到的失真直接取决于 流的可解码子集的速率。基于流的可解码子集的速率，从控制单元7向编码器1发送用于 控制编码器1的控制信号8。因此，来自控制单元7的输出对总的编码-解码系统的整体性 能有显著的影响。根据本发明的示例实施例，流的可解码子集的属性由以下一项或多项组成每时间单位的信号表示长度(即，速率)、差错恢复和擦除恢复。如图3和图4所示的，控制单元7向编码器1提供控制信号8，如上面通过图2所 述的，控制信号8 —般使得基于控制信号8，编码器1可以基于通信系统3中的当前条件来 设置流的可解码子集的速率的恰当值。根据本发明的示例实施例，如图3所示，编码器1包括多个子编码器9，其中，每个 子编码器9输出单一流4。根据本发明的所述实施例，控制单元7适于使得每个子编码器9 被提供了对由所述子编码器9所输出的流4的速率的估计。因此，根据本发明的所述实施 例，控制单元7可以单独控制每个子编码器9，从而使得子编码器的操作特别适合子编码器 9的能力。在图4中示出了本发明的备选实施例，其中，编码器1包括输出一定数量的流4的 分层的或多个描述的编码器10，一定数量的流4形成一定数量的可解码子集，其中分层的 或多个描述编码器10被提供了由所述分层的或多个描述编码器10输出的每一个可解码子 集的属性。由编码器1的备选配置提供了与以上才结合图3描述的示例实施例的相同优点。根据本发明的其它实施例，向一个或多个预定接收器2发送从编码器1输出的多 个流4中的每个流4。以这种方式，可以将通信系统3视为用于促进发送器(编码器)1和 接收器2之间的信号传输的中继网络。接收器2可以接收的流4的总数等于流4的可解码 子集的数目。根据本发明的备选的、有利的示例实施例，提供了用于控制包括多个接收器的通 信系统中的编码器的方法，其中，编码器输出由多个流组成，在不了解该多个流中的每个流 的情况下，可以对该多个流的至少一些子集进行解码，所述方法包括以下步骤针对多个接 收器中的每个接收器，从通信系统接收反馈信息，反馈信息包括对与速率有关的约束的测 量，优选地由用于与接收器通信的可用带宽组成，可以使用所述速率向接收器发送信号，由 连续随机变量对测量建模，同时将接收器感知到的失真最小化，通过该建模获得对流的可 解码子集的发送质量测量的估计，并控制编码器，依照如此获得的流的可解码子集的传输 质量测量来输出流的可解码子集。优选地，编码器中包括的控制单元适于执行所述方法的 步骤。下面，描述本发明底层的创造性理论。用索引j e {1，...，J}对通信系统中的接收器编号，其中，接收器的总数是J。由 与可用于向接收器发送信号的速率有关的约束Cj来给出针对接收器j的通信系统属性(条 件)。可以将约束…解释为用于与接收器j进行通信的可用带宽。假设所有接收器的条件 是具有概率密度函数f (C)的随机变量的实现。该概率密度函数表现出接收器的条件的统 计特征。令以速率r接收可解码子集的接收器所感知到的失真为d(r)。原则上，可以使用 任意数目的函数来表现失真d(r)的特征，其两个示例为d(r)=a2-br(1)以及
权利要求
1.一种用于控制包括多个接收器( 的通信系统C3)中的编码器(1)的方法，其中，编 码器输出由多个流(4)组成，在不了解所述多个流中的每个流的情况下，能够对所述多个 流的至少一些子集进行解码，所述方法包括以下步骤(a)将所述多个接收器划分O01)为至少一个单元，其中，所述至少一个单元中的每个 单元与流的可解码子集相关联；以及(b)将每个可解码子集与能够用于向接收器发送信号的特定速率相关联O01)；(c)针对所述至少一个单元的单元子集，确定O02):[i]在能够改变所述单元子集和 所述单元子集的边界单元的可解码子集的属性，以及不能改变所述单元子集和所述单元子 集的边界单元的总尺寸的情况下，对所述单元子集和所述单元子集的边界单元中包含的接 收器所感知到的平均失真的贡献是否最小；以及(d)控制(205)所述编码器，依照作为所执行的步骤(b)-(c)的结果而确定的流的可解 码子集的速率，输出流的可解码子集。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)还包括选择(20 所述单元子集中的 一个或多个单元，并且针对所选择的一个或多个单元中的每个单元，确定(204)对于所述 单元是否满足条件[i]，以及，如果不满足，为与所述单元相关联的流的可解码子集的速率 分配新值，使得对于所述单元满足条件[i]。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，选择一个或多个单元是随机选择的、根据预定义 的顺序选择的、或者一个或多个单元被选择为使得对于所选择的一个或多个单元中的每一 个，与选择其它任何单元相比，最大地降低了在所述单元的边界单元中包含的接收器所感 知到的平均失真。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述编码器包括以下一项或多项多个子编码器(9)，每个子编码器输出一个流，其中，每个子编码器被提供了由所述子编码器所输出的流的属性，以及分层的或多描述编码器(10)，对形成若干可解码子集的多个流进行输出，其中，所述编 码器被提供了由所述编码器所输出的每个可解码子集的属性。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括接收针对所述多个接收器的反馈 信息(6)，其中，所述反馈信息包括对能够用于向接收器发送信号的速率的测量。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述多个流包括视频或音频信号。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述流的可解码子集的属性由以下 一项或多项组成每时间单位的信号表示长度；差错恢复；以及擦除恢复。
8.—种在包括多个接收器( 的通信系统C3)中使用的编码器(1)，其中，编码器输出 由多个流(4)组成，在不了解所述多个流中的每个流的情况下，能够对所述多个流的至少 一些子集进行解码，所述编码器包括控制单元(7)；其中，所述控制单元适于将所述多个接收器划分为至少一个单元，其中所述至少一个 单元中的每个单元与流的可解码子集相关联，并且所述控制单元适于将每个可解码子集与能够用于向接收器发送信号的特定速率相关联；其中，所述控制单元还适于针对所述至少一个单元的单元子集，确定[i]在能够改变 所述单元子集和所述单元子集的边界单元的可解码子集的属性，以及不能改变所述单元子 集和所述单元子集的边界单元的总尺寸的情况下，对所述单元子集和所述单元子集的边界 单元中包含的接收器所感知到的平均失真的贡献是否最小；以及其中，所述控制单元适于通过依照流的可解码子集的速率输出流的可解码子集，来控 制所述编码器。
9.根据权利要求8所述的编码器，其中，所述控制单元还适于选择所述单元子集中的 一个或多个单元，并且针对所选择的一个或多个单元中的每个单元，确定对于所述单元是 否满足条件[i]，以及，如果不满足，为与所述单元相关联的流的可解码子集的速率分配新 值，使得对于所述单元满足条件[i]。
10.根据权利要求9所述的编码器，其中，选择一个或多个单元是随机选择的、根据预 定义的顺序选择的、或者一个或多个单元被选择为使得对于所选择的一个或多个单元中的 每一个，与选择其它任何单元相比，最大地降低了在所述单元的边界单元中包含的接收器 所感知到的平均失真。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的编码器，还包括以下一项或多项多个子编码器(9)，每个子编码器输出一个流，其中，每个子编码器被提供了由所述子 编码器所输出的流的属性，以及分层的或多描述编码器(10)，对形成若干可解码子集的多个流进行输出，其中，所述编 码器被提供了由所述编码器所输出的每个可解码子集的属性。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的编码器，其中，所述控制单元还适于接收针对 所述多个接收器的反馈信息(6)，其中，所述反馈信息包括对能够用于向接收器发送信号的 速率的测量。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的编码器，其中，所述多个流包括视频或音频信号。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的编码器，其中，所述流的可解码子集的属性由 以下一项或多项组成每时间单位的信号表示长度；差错恢复；以及擦除恢复。
全文摘要
本发明涉及组播速率优化，具体地，涉及用于控制包括多个接收器(2)的通信系统(3)中的编码器(1)的方法。所述方法包括将所述接收器(2)划分为至少一个单元，并将每个单元与可用于向接收器(2)发送信号的特定速率相关联。根据该创造性的方法，通过将条件，例如所述接收器(2)感知到的平均失真，建模为随机变量的输出，来考虑对所述通信系统(3)中的条件的估计的不确定性，从而说明对所述通信系统(3)的条件的估计的不确定性。本发明还涉及与所述方法相关联的编码器。
文档编号H04W4/06GK102124760SQ200980131859
公开日2011年7月13日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年8月20日
发明者埃尔明·科齐察 申请人:环球Ip解决方案(Gips)有限责任公司, 环球Ip解决方案股份有限公司