无线网络中用于实时信息的自适应编码的方法及系统

摘要

本文所述的实施例涉及在包交换无线通信系统中提供实时信息的自适应编码。在一实施例中，速率调适单元可经配置以从与无线/有线网络通信的无线接入模块接收与数据传输相关联的本地以及端对端反馈信息(例如数据延迟、包丢失、传输功率净空、信道条件、扇区载入、经缓冲数据的量等)，并根据所述反馈信息来调适所述实时信息编码。

说明书

根据35U.S.C.§119主张优先权

本专利申请案主张于2005年10月21日提出申请的名称为“用于无线通信中的自适应实时信息编码的方法及系统(METHODS AND SYSTEMS FOR ADAPTIVEREALTIME INFORMATION ENCODING IN WIRELESS COMMUNICATIONS)”的第60/729,017号临时申请案的优先权，且受让于本发明受让人且因此以引用方式明确地并入本文中。

技术领域

本发明大体来说涉及无线通信。更具体来说，本文所揭示的实施例涉及包交换无线通信系统中提供对实时信息的自适应编码。

背景技术

无线通信系统经广泛部署以用于向多个用户提供各种类型的通信(例如语音及数据)。这种系统可基于码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)或其它多址技术。无线通信系统可经设计以用于实施一个或一个以上标准，例如IS-95、cdma2000、IS-856、WCDMA、TD-SCDMA及其它标准。

随着无线通信系统中对多媒体服务(例如，实时视频及音频、无线游戏及其它多媒体数据)的需求增长，现存在的挑战是提供高效率且高质量的多媒体服务。

发明内容

附图说明

图1图解说明通信系统的具体实施例；

图2描绘速率调适方案的实施例，其通过与时间成函数关系的反向链路数据延迟的曲线图来图解说明；

图3图解说明在速率调适方案中基于端对端数据延迟来适应性地调整设定阈值的实施例；

图4图解说明可用于实施某些所揭示实施例的过程的流程图；

图5图解说明可用于实施某些所揭示实施例的过程的流程图；

图6图解说明可在其中实施某些所揭示实施例的设备的方块图；

图7A到7C图解说明基于丢失的包信息来适应性地选择所述编码帧类型的实施例；及

图8图解说明可用于实施某些所揭示实施例的过程的流程图。

具体实施方式

当今无线环境中的自适应实时多媒体来源(例如，视频电话(VT))与(例如)其在有线(例如因特网)环境中的对应物相比仍处于萌芽状态。例如，在WCDMA系统中，当前的方法是将所有视频帧编码到所指定的带宽或位速率内。鉴于复杂性尽管千变万化但总与不同的视频序列相关联，对于某些视频序列来说，固定的位速率可能未必很高且因此不会在感觉质量方面产生明显的改善，然而对于其它视频序列来说，却低得无法接受且因此产生明显较低的感觉质量。对于如今的无线包数据网络(例如，一高速率包数据(HRPD)类型系统)，在VT流情况下(例如在WCDMA系统中)不存在固定或预定义的业务速率。鉴于对VT及其它实时多媒体服务的需求增长，因此在无线通信系统中存在对先进的VT及其它实时信息编码的需要。

在无线包数据网络中，编码器(例如，驻留在无线通信装置(例如接入终端)中)可能能够从反向链路(RL)业务信道(其为所述接入终端处的本地信息，如下面进一步描述)推断出当前的端对端业务信道，以及从接收解码器中的解码器缓冲器推断出端对端(E2E)反馈信号。因此，所述编码器可需要基于可用反馈信息根据实际信道性能(例如，RL业务信道条件、端对端拥塞/延迟/丢失条件等)来调适其编码速率，同时执行实时信息编码(例如，采取可将到达所述解码器的信息解码而不进行实质上缓冲的方式)。这一方法可允许有效地控制帧延迟，且因此提高无线环境中VT及其它实时信息传输的质量及效率。(注意，对于有线环境中的VT来说，第一跳跃(例如，从桌面到因特网))通常并不构成瓶颈，所述第一跳跃的可用带宽及条件也不会随时间而迅速变化。因此，在调整这一环境中的VT编码速率时可不需要本地业务信道信息。

本文所揭示的实施例涉及包交换无线通信系统中用于提供对实时信息的自适应编码的方法及系统。在后续说明中，可使用VT作为实例来说明本发明的各方面。不应将此视为具有限定性。本文所揭示的各种实施例及方面可适用于无线通信系统中对任何实时信息的自适应编码。

本文所描述的编码器可与无线通信装置(例如接入终端(AT))相关联(例如，驻留于所述装置中)，其经配置以编码任何实时信息，其中包含(但不限于)视频、音频、游戏及其它实时(例如，互动)数据。

本文所描述的AT可表示各种类型的装置，其中包含(但不限于)无线电话、蜂窝式电话、膝上型计算机、无线多媒体装置、无线通信个人计算机(PC)卡、个人数字助理(PDA)、外部或内部调制解调器等。AT可以是通过无线信道及/或通过有线信道(例如，通过光纤或同轴电缆)进行通信的任何数据装置。AT可具有各种名称，例如接入单元、订户单元、移动台、移动装置、移动单元、移动电话、移动物、远程站、远程终端、远程单元、用户装置、用户设备、手持式装置等。可将不同的AT并入到系统中。AT可以是移动或固定的，且可以分散在通信系统各处。AT可在既定时刻在正向链路(FL)及/或RL上与接入网络(AN)通信。FL(或下行链路)表示从AN到AT的传输。反向链路(或上行链路)表示从AT到AN的传输。

本文所描述的AN可表示通信系统的网络部分，且可包含(但不限于)及/或实施基站(BS)、基站收发器系统(BTS)、接入点(AP)、调制解调器组收发器(MPT)、节点B(例如，在WCDMA类型系统中)等的功能。此外，小区可表示由AN服务的覆盖区域。一小区可划分为一个或一个以上扇区。

下面进一步详细描述本发明的各个方面、特征及实施例。

图1图解说明可在其中实施本文所揭示的各种实施例的通信系统100的实施例。举例来说，编码器120连同速率调适单元(或模块)130可驻留在AT 110中。编码器120可经配置以具有各种编码速率。编码器120可经由AT 110中的无线接入模块140来接入无线/有线网络150。有线/无线网络可包含一个或一个以上AN、回程及核心网络以及其它网络基础架构。无线接入模块140可包含(例如)媒体接入信道(MAC)层、物理层及经配置以提供对无线/有线网络150的接入的其它装置。例如，在某些实施例中，无线接入模块140处的物理/MAC层可经配置以与无线/有线网络150中的AN通信并接收可在AN中获得的某些本地反馈信息。解码器170连同解码器缓冲器180可驻留在另一AT 160中，其经配置以经由无线/有线网络150将来自编码器120的已编码数据解码。

在系统100中，速率调适单元130可经配置以用于从无线接入网络模块140接收与数据传输相关联的反馈信息，所述信息可包含“本地反馈信息”(图1中以“本地”来图解说明)及“端对端反馈信息”(图1中以“E2E”来图解说明)，并根据这一反馈信息来调适所述实时信息解码，如下文进一步描述。

本文所揭示的术语“本地反馈信息”可表示可在编码器120处轻易获得且无实质上的延迟(例如，由无线接入模块140提供)的反馈信息，其包含(但不限于)：RL数据延迟(例如，由无线接入模块140处的物理/MAC层提供)、RL信道条件(例如，AT的传输功率净空、所估计信道速率等)、RL扇区载入状态(例如，与RL上的传输器数目、在RL上测量出的热噪声增量(RoT)等相关联)、RL物理/MAC层包有效负载(例如，由无线接入模块140处的物理/MAC层提供)、RL丢失包信息(例如，由无线接入模块140处的物理/MAC层提供)、无线接入模块140中当前缓冲的数据的量等。

本文所揭示的术语“端对端反馈信息”可表示从接收器(例如解码器170)发送回到发送器(例如编码器120)的反馈信息，例如，经由无线/有线网络150及无线接入模块140(例如图1中虚线所示)，其包含(但不限于)端对端数据延迟、端对端抖动、解码器缓冲状态、核心网络与回程业务延迟、端对端缺失包信息等。所述端对端反馈信息还可对FL信道条件(例如，由在FL上测量出的信号对噪声加干扰比反映)、FL扇区载入状态(例如，与共享所述AN处调度程序的用户数目相关联)等加以考虑。

在某些实施例中，可在解码器170处确定端对端数据延迟并将其提供给速率调适单元130，例如经由无线/有线网络150及无线接入模块140，例如图1所示。在其它实施例中，可基于速率调适单元130从解码器170接收(例如，经由无线/有线网络150及无线接入模块140)到的反馈信息来推断出(或估计出)端对端数据延迟。例如，可经由RTP(实时传输协议)控制协议(RTCP)并嵌入在从所述接收器到所述发送器的业务串流中或经由应用所定义的消息来携载所述端对端反馈信息。

在一实施例中，速率调适单元130可根据RL数据延迟来调适编码速率。例如，如果认为(例如)与预定阈值(或″延迟目标″)相比RL数据延迟较大，则速率调适单元130可减小所述编码速率。如果RL数据延迟恰好低于所述延迟目标，则速率调适单元130可增加所述编码速率(例如，改善质量)。将视频编码作为实例来考虑。编码器可通过量化参数(QP)来调整其编码速率，例如在MPEG-4、H.263或H.264型系统中。QP指示针对既定包的量化步长，其范围可在(例如){1、…、31}之间。较小的QP可产生较佳的视频质量并导致既定帧的较高帧尺寸。相反，较大的QP可产生较低劣的视频质量且导致较小的帧尺寸。在某些实施例中，速率调适单元130可使用RL数据(例如，帧)延迟来基于当前QP值调整下一帧的QP值。如果认为对于解码器缓冲器180来说所导致的RL帧延迟较大(例如，与延迟目标相比)，则可增加QP以减小下一帧尺寸(并因此减小将来的帧延迟)。相反，如果认为RL帧延迟较小(例如，低于所述延迟目标)，则可减小QP以改善视频质量，例如采用使RL帧延迟保持在所述延迟目标内的方式。

在一实施例中，速率调适单元130可通过改变向解码器170发送已编码数据时可采用的频率来调适所述编码速率。例如在VT应用中，这可包含根据反馈信息来调整已编码视频帧数据。

在某些实施例中，速率调适单元130可根据RL信道条件、RL扇区载入状态等来调适所述编码速率。这可允许编码器120对无线/有线网络150中因时间而变化的事件(例如，AT的发射功率净空突变、网络拥塞及/或AT 110在不同载入的扇区之间越区切换)做出反应，同时确保所述信息仍会实质上准时而无中断地到达解码器170且经解码以具有足够的质量。例如，速率调适单元130(及/或无线接入模块140)首先可基于RL信道条件、RL扇区载入状态及其它反馈信息来确定所估计信道速率(例如，所述无线信道中的可用通过量)，且然后基于所估计信道速率来调整实际的编码速率。

在一实施例中，当所述扇区载入较轻时，速率调适单元130可经配置以增加编码速率，且当扇区载入较重时，可强制降低编码速率。

在一实施例中，速率调适单元130可根据RL信道条件(例如AT 110的传输功率净空)来调适编码速率。这可允许功率有限(例如，具有有限的功率净空或位于其扇区边缘)的AT通过降低编码速率来以可接受的质量等级实施实时信息编码(例如，VT应用)。

在一实施例中，速率调适单元130可根据RL物理层包有效负载及/或MAC层包有效负载来调适编码速率。例如，所述编码器可以与RL物理/MAC层包有效负载兼容(或比其更小)的编码速率来将所述信息编码。

在一实施例中，速率调适单元130可根据端对端反馈信息(例如端对端数据延迟)来调适编码速率，所述信息可由连同解码器缓冲器180的解码器170经由无线/有线网络150来提供(如图1所图解说明)。例如，在AT 110处于低劣的FL条件或处于高负载FL扇区中的情况下，速率调适单元130可减小编码速率，以便减轻扇区载入并确保所述信息仍会实质上准时而无中断地到达解码器170且经解码以具有足够的质量。在AT 110处于良好的端对端条件的情况下，速率调适单元130可增加编码速率，从而提供较好的整体质量且同时仍满足延迟要求。

例如，在VT应用中，缺失的视频帧或延迟的视频帧的到达可指示当前编码速率过大。在这些情况下，可相应地调整QP，例如将其增加以减小帧尺寸。在某些实施例中，端对端反馈信息还可用于调整速率调适控制方案中的设定阈值，如下文进一步描述。

图2描绘速率调适控制方案的实施例，其中以实例的方式图解说明在VT应用中与时间成函数关系的RL数据延迟的曲线图。可基于可在无线接入模块140处获得的本地反馈信息来测量(或估计)RL数据(例如，帧)延迟，并将其提供给速率调适模块130，如图1所图解说明。可使用一个或一个以上设定阈值(例如，表示为(Ti+D)，i＝1、2、3、4)来调整RL数据延迟，其中参数D可表示端对端数据(例如，帧)延迟的效应，如下文进一步描述。例如，如果在某一瞬时的RL数据延迟超过一特定阈值，例如介于(T3+D)与(T4+D)之间，则可调整QP(例如将其增加到(QP+QP3))以减小所述延迟。如果在另一瞬时的RL数据延迟下降到低于另一阈值，例如介于(T1+D)与(T2+D)之间，则可调整QP(例如将其减少到(QP-QP2))以提供较好的质量。

图3图解说明可如何使用端对端延迟信息来调整速率调适控制方案中的设定阈值的实施例(例如在图2的实施例中)。举例来说，方块310图解说明与时间成函数关系的RL数据延迟，其可在无线接入模块140处确定(例如，测量或估计)并提供给速率调适单元130(例如图1所图解说明)。方块320图解说明与时间成函数关系的端对端数据延迟，其也可由速率调适单元130从无线接入模块140接收(例如上文所述)。如图中所图解说明，如果端对端数据下降到低于下部阈值T_L(例如在点322处)，则可增加方块310中的设定阈值(Ti，i＝1、2、3、4)，如区段312所图解说明(其可等于在所述设定阈值中包含较大的D，例如图2中所示)。如果端对端数据延迟超过上部阈值T_H(例如在点324处)，则可减少方块310中的设定阈值(Ti，i＝1、2、3、4)，如区段314所图解说明(其可等于在所述设定阈值中包含较小的D，例如图2中所示)。

图4图解说明可用于实施某些所揭示实施例的过程400的流程图。步骤410接收RL数据延迟(例如，从无线接入模块140)。步骤420将RL数据延迟与一个或一个以上设定阈值相比较并相应地调整编码速率。步骤430接收端对端数据延迟(例如，从无线接入模块140)。步骤440基于所接收的端对端数据延迟来调整所述设定阈值。随后，过程400返回到步骤410。

图5图解说明过程500的流程图，其可用于实施某些所揭示实施例，例如图4所示在VT应用中的过程400。步骤510接收RL数据延迟(例如，从无线接入模块140)。步骤520将RL数据延迟与一个或一个以上设定阈值相比较。如果认为RL数据延迟较高(例如，参考预定阈值，例如图2所图解说明)，则接下来执行步骤530并增加QP。另一方面，如果认为RL数据延迟较低，则接下来执行步骤540并减小QP。或者，如果认为RL数据延迟可以接受(或“可以”)，则无需做出任何调整。随后，接下来执行步骤550并接收端对端数据延迟。然后，步骤560确定端对端数据延迟是否可以接收(例如，参考某些预定阈值，例如图3所图解说明)。如果认为端对端延迟较高，则接下来执行步骤570并减小所述设定阈值(例如图3所图解说明)。如果认为端对端延迟较低，则接下来执行步骤580并增大所述设定阈值(例如图3所图解说明)。或者，如果认为端对端数据延迟可以接受(或“可以”)，则无需做出任何调整。随后，过程500返回到步骤510。

在某些实施例(例如，上文图2到5中所图解说明)中，可通过采用两个控制环路(例如包含与RL数据延迟相关的快速(或内部)环路以及与端对端数据延迟相关的慢速(或外部)环路(如图1中示意性图解说明))来实施速率调适控制方案。这一两环路方法可有效地利用由本地反馈信息提供的较小延迟及由端对端反馈信息提供的较大延迟。(在后者情况下，可能还有估计所述端对端行为所需要的额外时间。))在一实施例中，所述两控制环路可经配置以允许所述编码器/解码器系统根据延迟与质量之间的所需折衷来调适其性能。例如，针对某些情况下的控制方案，可将数据延迟用作“目标测量”(因此质量受其影响)；而在其它情况下的控制方案中，可将质量用作目标测量(因此数据延迟受其影响)。

在其它实施例中，速率调适控制方案可利用单个控制环路，例如基于RL数据延迟、端对端数据延迟或其它类型的反馈信息(例如上文所述)。还可实施其它速率调适方案。到此所说明的速率调适方案可用于控制对任何实时信息的编码。

图6图解说明可在其中实施某些所揭示实施例的设备600的方块图。设备600可包含：本地反馈接收单元(或模块)610，其经配置以接收RL数据延迟及其它本地反馈信息(例如，从无线接入模块140)；阈值调整单元620，其经配置以产生及/或调整一个或一个以上设定阈值；比较单元630，其经配置以将所述目标测量(例如，RL数据延迟)与由阈值调整单元620提供的设定阈值相比较；及速率调整单元640，其经配置以基于来自比较单元630的输出来调整编码速率(例如，如同在VT应用中一样通过QP或帧速率)。设备600可进一步包含经配置以接收端对端反馈信息(例如，从无线接入模块140)并将其提供给阈值单元620的E2E反馈接收单元650。阈值单元620可基于端对端反馈信息来进一步调整所述设定阈值(例如上文所述)。

在某些情况下，可能需要使用RL丢失包信息(例如，通过RL物理层自动重复请求(ARQ)、RL混合ARQ及/或RLMAC-ARQ来本地提供)来确定将被编码的下一信息单元，例如在VT应用中将被编码的后续帧的帧类型。图7A到图7C以实例的方式图解说明基于RL丢失包信息来自适应地选择编码帧类型的实施例；在VT应用中，由于预测帧(或P帧)具有解码相关性，因此丢失的I帧或P帧导致后续P帧的传播错误，例如图7A所图解说明。在这一情况下，如果编码器参考缺失帧而不断发送剩余的P帧直到图像群组(GOP)的终点，则可能显著降低剩余帧的视觉质量。因此，通过利用关于丢失帧的本地反馈信息，编码器可将下一帧编码为I帧以中断错误的传播，如图7B所图解说明。编码器可将下一帧编码为新的P帧，其参考帧是最近成功传输的帧，如图7C所图解说明。

图8图解说明可用于实施某些所揭示实施例的过程800的流程图。步骤810从无线接入模块接收与数据传输相关联的反馈信息。步骤820根据所接收的反馈信息来编码实时信息。

在过程800中，步骤820可进一步包含根据所述反馈信息来调适编码速率并以所述编码速率编码实时信息(例如上文所述)。步骤820还可包含根据反馈信息来确定将被编码的下一信息单元(例如，选择将如在VT应用中被编码的后续帧的帧类型)(例如图7A到图7C所图解说明)。

本文所揭示的实施例提供包交换无线通信系统中实时信息的自适应编码的某些实施例。存在其它实施例及实施方案。

本文所描述的各种单元/模块可以实施于硬件、软件、固件或其组合中。在硬件实施方案中，各种单元可实施于一个或一个以上专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、微处理器、控制器、微控制器、可编程逻辑装置(PLD)、其它电子单元或其任何组合。在软件实施方案中，可由执行本文所述功能的模块(例如，程序、功能等)来实施各种单元。可将所述软件代码存储在存储器单元中并由处理器(或处理单元)来执行。所述存储器单元可实施于处理器内部或处理器外部，在这种情况下，其可经由所属技术领域中已知的各种装置以通信方式耦合到所述处理器。

所揭示的各种实施例可实施于AT及其它经配置以编码实时信息的装置中。

所属技术领域的技术人员将了解，可使用各种不同技术及技法的任一者来表示信息及信号。例如，以上说明中各处可能提及的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合表示。

所属技术领域的技术人员将进一步理解，结合本文揭示的实施例来描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清楚地图解说明硬件及软件的此可互换性，上文已就其功能性大体描述了各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。这种功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用及对整体系统所施加的设计限制条件。所属技术领域的技术人员可对每一特定应用以不同方式实施所述功能性，但不应将所述实施方案决策解释为会导致背离本发明范围。

结合本文所揭示的实施例来描述的各种说明性逻辑块、模块及电路可使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或经设计以执行本文所述功能的其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但另一选择是，所述处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合，或任何其它这种配置。

结合本文所揭示的实施例来描述的方法或算法步骤可直接以硬件、由处理器执行的软件模块或二者的组合的形式具体化。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬磁盘、可装卸磁盘、CD-ROM或所属技术领域中已知的任何其它形式的存储媒体。例示性存储媒体耦合到处理器而使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息，并将信息写入到所述存储媒体。另一选择是，可将存储媒体整合到处理器。所述处理器及所述存储媒体可驻留在ASIC中。所述ASIC可驻留在AT中。另一选择是，所述处理器及所述存储媒体可作为离散组件而驻留在AT中。

提供前面对所揭示实施例的说明来使得所属技术领域的技术人员能够做出或使用本发明。所属技术领域的技术人员将容易明白对这些实施例的各种修改，且本文所界定的一般原理可适用于其它实施例而不背离本发明精神或范围。因此，本发明并不会限于本文所示实施例，而将会符合与本文所揭示原理及新颖特征相一致的最广范围。