CN105743924A - 无线分组网络中进行有效多媒体传递的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明向基站发送多媒体分组的多个版本，并且根据无线电信道和业务特性选择要在给定时间发送给移动台的多媒体分组的适当版本。这样，对瞬时条件改进源传输。本发明的步骤结合用于通过因特网协议(IP)网络的多媒体传输的RTP来执行。在第一实施例中，多个版本在同一个RTP分组中发送给基站，并且基站剥去无关版本。在第二实施例中，基站接收在分组报头的许多字段中具有相同信息的多个RTP分组，并且在它们之中选择适当分组以便传送给移动台，丢弃其余分组。

Description

无线分组网络中进行有效多媒体传递的方法和设备

技术领域

无线网络用于各种应用。传统上，主要应用是通过电路交换网络传递的语音。网络从此一直适合于传递电路交换和分组交换数据。通过更高速网络，例如视频电话等应用不久将变得可用。

背景技术

在这种框架中，存在使服务适应环境的有限量的功能性。例如，全球移动通信系统(GSM)和宽带码分多址(WCDMA)网络将自适应多速率(AMR)声码器用于语音，这有助于随着信道条件变化而改变源速率，以便实现最佳感知性能。在AMR中，存在用信号通知远方声码器（distantvocoder）关于接收器条件已经改变并且不同声码器速率是优选的情况的方式。

通常，在这种网络中，一个声码器处于移动装置上，而另一个声码器处于网络中的代码转换器单元或媒体网关上。媒体网关将编码语音转换成可通过其它网络传输的形式。因此，语音通信的速率变化在移动装置与媒体网关之间发生。一般来说，与无线电链路的质量有关的信息仅在基站和移动装置才可得到，并且必须将此信息用信号通知声码器，声码器是在移动装置本地可用的或者在媒体网关的情况下是远程节点。在GSM网络中，AMR分组中的带内信令用于将预期声码器速率用信号通知在远程端的声码器；因此声码器速率可根据各个无线电链路的条件来调整。在WCDMA网络中，带外信令用于用信号通知预期声码器速率。这特别适用于基于电路的语音传输。

无线网络逐渐转换成分组交换架构，其中趋向于所有应用数据使用分组交换来传递。例如，基于IP的语音(VoIP)被认为是传递电话的语音的主要方式。包括视频、音频和其它多媒体应用的大多数其它应用也将经由分组网络来传递。诸如这些应用等应用的实时源信息通常使用实时协议(RTP)来发送，它在源将时戳和序列号附于每一个分组。RTP分组使用用户数据报协议(UDP)和因特网协议(IP)来传送。在目的地，接收器可使用时戳信息在正确的相对时间重放分组。另外，时戳可用于确定分组是否沿到其目的地的路径已经丢失其有效性。序列号用于跟踪丢失或重复的分组。RTP协议在源与接收器之间进行工作。一些源可按照接收器不可解释的格式发送信息；然后，媒体网关可将其转换成接收器理解的格式。在会话建立期间协商这种操作。在这种情况下，RTP协议在媒体网关与接收器之间进行工作。

在IP框架中，对链路能力的有限量的适配是可能的。许多源以适合于链路的平均质量的格式对数据编码。这往往通过询问接收器关于链路能力(例如128kbps、1Mbps等)来进行，或者可通过探测（sounding）链路并且获得关于数据能力的反馈自主进行。但是，这种方法不适合其质量可动态改变的链路。无线链路的质量以衰落速率改变，并且还可随业务等级的变化而改变。在这类情况下，提供反馈的延迟可能足以使对链路的有效适配是不可能的。在分组交换无线电网络中，最佳传输格式(例如声码器速率)必须考虑瞬时无线电信道质量以及例如业务负荷和重传方案(例如混合ARQ)等其它因素。此信息的大部分仅在基站才是可用的，而在远程源编码器是不可用的。对于以便利方式向远程源编码器发送关于所有这些参数的信息以便使编码器可对瞬时条件作出反应，目前存在显著的技术障碍。

所谓的M管道项目（M－Pipeproject）当前设计成克服以上所述的显著技术障碍。M管道项目针对开发新的媒体编解码器，它产生能在本地适配于条件的可缩放编码，并且在开发信令机制中可用于向网络节点传送这类编码的可缩放性质。不利的是，该项目缺乏使用不产生可缩放媒体的现有媒体编解码器的能力。

渐进或可缩放编码（Progressiveorscalablecoding）用于例如DVB-T和DVB-H等系统中，其中分级调制方案(例如16QAM和QPSK)用于将不同保真度的源数据传送到具有不同无线电条件的用户。这种操作主要用于广播传输，但在这类系统没有考虑对特定用户的适配的概念。

在授予Balachandran和Ramesh等人的美国专利No.7194000中，描述一种方法，其中在具有根据数据的重要性而指配给分组的不同优先级的多个分组中对源数据的渐进编码进行编码。调度功能能够丢弃较低优先级的分组，但仍然能够将充足的源数据传递给接收器，以便以某种保真度等级来呈现多媒体信息。不利的是，这种方法仅允许对无线电条件的粗略适配等级。

所需的是适合选择用于传输的最佳格式而无需这种详细反馈的方法和系统。

发明内容

本发明提供一种方法，通过它可在条件可迅速改变的无线电环境中有效地传递多媒体数据。本发明还提供一种具有便于实现本发明的方法的、增强功能性的网络架构和网络节点的系统。多媒体数据的有效传递通过对RTP的有效载荷格式的较小修改而无需对IP网络中使用的传输协议(例如TCP、UDP和因特网协议(IP))进行修改来实现。另外，本发明通过利用基于IP的网络中使用的常规协议提供用于网络上的信令功能性的机制。

本发明向基站发送多媒体分组的多个版本，并且根据无线电信道和业务特性，基站选择在给定时间发送给移动台的适当版本，以便对于瞬时条件而改进源传输。这结合用于通过因特网协议(IP)网络的多媒体传输的RTP来执行。在第一实施例中，多个版本在同一个RTP分组中发送给基站，并且基站剥去（stripout）无关版本。在第二实施例中，基站接收在分组报头在许多字段中具有相同信息的多个RTP分组，并且在它们之中选择适当RTP分组以便传送给移动台，丢弃其余RTP分组。

附图说明

在以下部分，将参照通过附图所示的示范实施例来描述本发明，附图包括：

图1示出根据本发明、配置成传播多媒体的移动网络的架构；

图2是本发明的实现中使用的RTP分组的简图。

图3是示出本发明的方法的第一实施例的流程图；

图4是示出本发明的方法的第二实施例的流程图；

图5是示出从发送移动台始发的媒体的本发明的一个方面；

图6是示出在媒体网关中经过代码转换(意味着，取代一个(标准)编码-解码，代码转换使用两个编码-解码级)、然后在一个或多个RTP分组中封装的原始媒体的本发明的一个方面；以及

图7是示出在基站中接收和处理的编码媒体的若干版本以及发送给接收移动台的一个版本的本发明的一个方面。

具体实施方式

图1示出根据本发明、配置成传播多媒体的移动网络的架构100。其中可看到，移动台101经由空中接口103与基站102通信。基站102连接到主干网络104。主干网络104实现移动台101与无线电接入网和媒体网关(未示出)之间、然后到另一末端终端（endterminal）或服务器105的通信。在许多情况下，末端终端或服务器105能够通过移动台101可理解的格式来生成多媒体信息。在这种情况下，末端终端或服务器105还可执行在RTP分组中封装多媒体信息的功能，可使用例如UDP等协议通过IP网络传输RTP分组。在其它情况下，媒体网关106把从末端终端或服务器105所接收的信号转换成移动台101可理解的格式。在这种情况下，媒体网关106或关联节点可执行RTP分组中的多媒体信息的封装。

在图2中看到，RTP分组200由报头和有效载荷信息组成。报头信息包括有效载荷类型字段、序列号和时戳。有效载荷类型字段标识多媒体信息的类型以及所使用的多媒体编解码器。例如，有效载荷类型可指明使用AMR编解码器。序列号由接收器用于对分组定序，并且得到关于丢失分组的信息。时戳向接收器上的多媒体回放装置提供与需要回放多媒体信息时的相对时间有关的信息。所使用的具体AMR编码速率不是RTP报头的组成部分，而是在RTP有效载荷的前几个位中用信号通知。有效载荷的其余部分包括编码语音位。大家会理解，有效载荷大小将根据AMR编码速率而改变。

又参照图1，在许多IP网络中，基站102(或者关联网关106)执行作为协议栈的汇聚子层（convergencesublayer）的组成部分的许多传输协议的协议报头压缩功能。具体来说，基站102可通过抑制冗余的信息、可预测信息或恒定信息，来执行RTP/UDP/IP报头的压缩。一种这样的报头压缩方案、即健壮报头压缩(ROHC)在因特网工程任务组(IETF)请求注释(RFC)3095中定义，并且预计因其健壮性而常用于无线IP网络。大家会理解，基站102分析RTP分组的报头，以便执行这种压缩。

在本发明中，生成相同多媒体信息的多个版本。在上行链路，移动台101最可能生成源信息，并且还有权访问信道条件的知识，因而可有利地生成与适当版本对应的源信息。移动台101还可按照不同AMR编码速率生成语音的多个AMR编码分组，但是可以使用单个RTP分组仅发送最适合于无线信道上当前条件的AMR编码分组。因此，可通过直接方式对上行链路改进多媒体信息的传输。一般来说，在某种意义上，基站了解移动台的传输所遇到的信道条件。根据这种信息，许多无线系统中的基站向移动台分配传输资源。通过适当分配资源，基站可迫使移动台使用特定传输格式。备选地，基站也可命令移动台使用特定传输格式。

在下行链路，问题更为复杂。相同多媒体信息的多个版本(有时称作编码)可在末端终端或服务器105生成，或者还可在媒体网关106或者在网络中的代码转换功能中生成。相同多媒体信息的这些多个版本可在单个RTP分组或者多个RTP分组中发送。

图3提供本发明的第一实施例的方法的流程图300。其中看到，在步骤301，源或媒体网关将使用相同源信息(例如多媒体信息)的不同版本将多个源子分组嵌入同一个RTP分组，其中子报头指明多少不同版本在分组中以及它们的长度。在步骤302(在备选实施例中，步骤302可在步骤301之前进行)，移动台向基站反馈关于其信道条件的信息。基站还有权访问例如网络中的负荷等级等其它因素。在步骤303，基站选择要发送的适当子分组，并且在步骤304，在向移动台转发之前，根据在步骤302从移动台所接收的信息从RTP分组剥去其它子分组和子报头。根据IETFRFC2198“RTPPayloadforRedundantAudioData”所述格式所修改的有效载荷格式可用作示范实施例，其中多个编码包含在同一个RTP分组中。IETFRFC2198描述发送当前和先前多媒体帧的有效载荷数据以便具有冗余数据来保护分组防止丢失的方法。但是，在IETFRFC2198中，时戳偏移随来自先前帧的辅助数据一起发送。

相反，在本发明中，与IETFRFC2198中相同的有效载荷格式可用于同时发送多个有效载荷，但在本发明中，时戳偏移设置为0。在基站的分组过滤器分析这个复合分组，并且在步骤303选择要在下行链路发送给移动台的适当描述。如上所述，基站根据来自移动台的关于其信道条件以及可能的例如网络中的负荷等级等其它因素的反馈来选择要发送给移动台的多媒体版本的适当分组(在适当的报头压缩之后)。因此，基站执行汇聚功能（convergencefunction）和调度功能的组合操作。调度操作可选择成改进到移动台的链路上的差错性能，或者改进被服务的业务等级或者这两者的适当组合。本发明包括一种用于改进通过无线因特网协议(IP)网络的多媒体传递的方法，具有以下步骤：生成多媒体分组的多个版本；向基站发送多媒体分组的多个版本；以及根据例如无线电信道、网络和/或业务特性等操作条件，选择要在给定时间发送给接收移动台的多媒体分组的多个版本中的适当版本。业务特性可能是例如影响送往特定移动台的流的条件等局部特性，或者可以在特定小区中是局部的，它影响该小区中的所有用户，或者可以在相同类型的流的意义上是局部的，例如送往一个小区中的10个移动台的10个VoIP流。另一方面，网络特性具有更多全局范围（havemoreofaglobalscale），例如运营商系统的较大部分，诸如一组小区或者区域中的整个网络，并且可包括无线电信道特性和主干网络特性，诸如路由器和网关中的拥塞。

图4是本发明的第二实施例400的流程图。其中看到，在步骤401，在多个RTP分组中生成源信息(例如多媒体信息)的不同版本。这些多个分组的RTP报头中的有效载荷类型、序列号和时戳信息全部相同，但有效载荷是不同的。在步骤402，所有这些分组使用UDP/IP发送给基站。虽然存在具有相同RTP序列号的多个分组，但是这对于传递它们的IP网络中的大多数路由器和节点是透明的，因为路由器和节点没有对分组分析到RTP报头等级。要注意，符合IETFRFC3550的RTP操作没有明确排除具有相同序列号的多个分组的发送，但是按常规，一般不期望具有相同序列号的多个分组的发送。

在典型无线分组网络、如WCDMA中的WiMAX或高速分组接入(HSPA)中，基站中的分组过滤器分析由基站适当选择的某个时间窗口中接收的分组的RTP报头。如果它发现具有相同有效载荷类型、序列号和时戳但具有不同长度和/或不同AMR速率信息的多个分组，则它将这些分组识别为对应于相同多媒体信息的多个版本。在步骤404，基站则根据在步骤403从移动台所接收的关于其信道条件以及可能的其它因素（例如网络的拥塞等级等）的反馈来选择要发送给移动台的适当分组(在适当的报头压缩之后)。如同第一实施例中那样，基站执行汇聚功能和调度功能的组合操作。当使用例如安全实时协议(SRTP)等协议来对RTP有效载荷加密时，基站可能无法读取有效载荷中的AMR速率信息，因而将配置成仅仅根据分组长度来进行判定。如果RTP有效载荷没有加密，则分组过滤器可读取其中的AMR速率信息，并且可在物理层选择适当的传输方案(调制和编码方案等等)。显然，数据路径中的分组过滤器的启动通过不存在端对端加密来断定。

在本发明的另一个方面，各AMR格式可使用不同的贡献源（contributingsource）来生成，但是尽可能在RTP中采用相同时戳信息，因为可作为RTP报头的一部分来包含贡献源信息。在这个实施例中，分组过滤器检查具有相同时戳但不同贡献源信息的、进入的RTP分组，因而选择要通过空中链路发送的适当源格式。分组过滤器可以是媒体资源功能(MRF)的一部分。MRF的典型用途是实现会议（conferencing）的源的混合。在本发明中，MRF用于选择多个源的一个或多个。在这种情况下，同时与多个源描述对应的RTP分组很可能具有相同的时戳但可能不相同的序列号以及不同的贡献源编号，它按照IETFRFC3550中描述的RTP协议落入可接受操作的严格规范之内。有可能实现例如与本发明组合的会议呼叫以及不同贡献源用于源的不同描述等特征。在这种情况下，各实际源将具有与其关联的多个版本的贡献源编号的子集。在MRF的分组过滤规则将从各实际源选择具有适当贡献源编号的一个分组。

在本发明的另一个实施例中，末端终端、服务器或媒体网关可使用RTP之下的另一个协议报头或者RTP报头扩展向基站用信号通知关于相同多媒体信息在不同分组中编码。

此外，在移动对移动呼叫的情况下实现本发明中，第一移动台(在上行链路)将仅传送适合其信道条件的源描述。在这种情况下，媒体网关可执行代码转换功能，并且生成多个版本，它们则可发送给基站处的MRF。然后，基站将根据本发明来选择要在下行链路发送给接收移动台的适当版本。在这种情况下，在媒体网关的代码转换功能可配置成仅生成比从发送移动台所接收描述更低速率的描述。

本发明还可在视频电话应用中实现。在这个实现中，构成视频电话源，它具有与呼叫对应的视频和音频流的多个版本。因此，本发明实现基于信道质量、许可信息或拥塞的视频和音频描述的选择。本发明还可扩展到拥塞或无线电信道质量阻碍视频流的连续性的情况。在这种情况下，可选择性地抑制视频流，而调度音频流的某个适当描述供传输。

本发明还可用于移动台切换情形。通常，在切换之后，它花费大量时间使移动台了解无线电信道条件，使得可适当调整（tailor）传输。使用本发明的方法，对于新无线电链路优化传输格式可更快地开始。

现在参照图5，示出其中媒体从发送移动台始发的本发明的一个方面500。其中看到，原始媒体使用多个编码器501A、501B、501C编码成具有不同比特率(分组大小)的多个版本。使用分包器502将不同版本封装在一个或多个RTP分组中。

图6是示出在媒体网关中使用多个代码转换器601A、601B进行代码转换、然后使用分包器602封装在一个或多个RTP分组中的原始媒体的本发明的一个方面600。其中看到，原始编码媒体被接收并且代码转换成媒体的若干不同编码版本，其中不同版本使用不同比特率，并且创建不同的分组/有效载荷大小。不同版本在一个或多个RTP分组中封装。

图7是示出在基站701接收和处理的编码媒体的若干版本以及发送给接收移动台702的一个版本的本发明的一个方面700。其中看到，编码媒体的若干版本由基站接收。基站分析所接收分组，以便找到编码媒体的不同版本。根据业务特性和/或无线电信道特性，基站选择哪一个版本要发送给接收移动台。

在本发明的各实施例中，所执行的一个功能是选择性地能够在通过空中传送一个或多个描述之前处理源的多个版本的分组过滤器的实例化。分组过滤器通过若干可能的信令方法之一来激活：

1.第一方法涉及使用例如SIP-INFO消息或SIP-NOTIFY消息等呼叫控制技术，其通知呼叫处理功能关于在通过空中传输之前期望对源的专门处理。在这个示例中使用会话初始协议(SIP)所实现的呼叫控制功能又激活无线电网络中的分组处理功能。例如，又称作分组过滤器的分组处理功能可在GSM/EDGE网络中的SGSN对于给定辅助PDP上下文(可选地使用分组流识别码(PFI)和分组流上下文(PFC))来激活。备选地，可通过改变激活特定多描述格式的专用分组处理功能的、在MAC层的分类器规则，在分组网络、例如WiMAX中的基站激活分组过滤器。为实现相同目标，相似构造在WCDMA网络中是可能的。

2.第二方法涉及使用与存在于移动台的服务有关的唯一知识来请求对特定连接的QoS特性的变更。在GSM/EDGE网络或WCDMA网络中，移动台发送MODIFYPDPCONTEXT（修改PDP上下文）消息，以便激活给定服务的特定分组过滤功能。在例如WiMAX等不同的无线网络中，移动台在基站改变在MAC层的分类器规则的特性，以便激活特定多个版本格式的专用处理功能。

本发明的优点包括：

(1)多媒体传输适应于瞬时无线电网络和空中接口条件，由此引起更好的多媒体体验。注意，本发明还可与允许对源的关于预期编解码器的反馈的方案结合使用。通常，这种反馈是缓慢的，并且在许多求平均之后发送，但是可用于控制在源所使用的多媒体信息的版本数量，它然后可由基站用于适应瞬时条件。

(2)本发明可使用在IP网络上使用的现有协议来执行。因此，它对现有IP网络组件具有最小影响。例如，网络中的路由器将传递本发明的IP分组，而无需路由器功能的修改。UDP机制也不受影响。

(3)在末端终端、服务器或媒体网关不需要反馈以实现这种改进的传输。

(4)实现对广播/多播的自适应。例如，可设想其中可用带宽(在服务于用户业务之后)用于发送广播多媒体信息的广播方案，其中，适合可用带宽的源格式可用于支持广播功能性。

本领域的技术人员会理解，本申请所描述的新概念可在大范围的应用中进行修改和变更。因此，专利主题的范围不应当局限于以上所述的具体示范理论的任一个，而是由以下权利要求书来定义。

Claims (12)

1.一种用于改进通过无线因特网协议(IP)网络的多媒体传递的方法，包括以下步骤：

生成多媒体分组的多个版本；

向无线网络中的第一节点发送多媒体分组的所述多个版本的至少一个版本，其中所述多媒体分组的所述多个版本的所述至少一个版本还包括多媒体信息，并且所述多媒体分组的所述多个版本的所述至少一个版本在不同RTP分组中发送；以及

选择要在给定时间发送给第二节点的多媒体分组的所述多个版本的所述至少一个版本中的适当版本，其中所述选择进一步包括：

从第二节点接收所述第二节点的信道条件，其中所述信道条件影响来自所述多媒体分组的多媒体信息的感知性能，以及

基于所述第二节点的所述信道条件选择所述多媒体分组的所述多个版本的所述至少一个版本中的适当版本。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一节点是基站，而所述第二节点是移动台。

3.如权利要求1所述的方法，其中，多媒体分组的所述多个版本在服务器或末端终端生成。

4.如权利要求1所述的方法，其中，多媒体分组的所述多个版本在媒体网关中的代码转换功能中生成。

5.如权利要求1所述的方法，其中，在所述第一节点的分组过滤器执行选择适当版本的任务。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述分组过滤器使用信令方法来实例化。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一节点组合汇聚和调度的功能，其中所述调度操作选择成考虑链路质量、被服务的业务等级或者这两者的组合。

8.如权利要求1所述的方法，其中，多媒体分组的所述多个版本在具有不同贡献源信息的不同RTP分组中发送。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一节点使用所述贡献源信息来识别相同多媒体分组的不同版本，并且选择要发送给所述第二节点的一个版本。

10.如权利要求8所述的方法，供多媒体会议呼叫中使用，其中，不同物理源使用贡献源信息值的不同集合来识别与相应物理源对应的多媒体分组的多个版本。

11.一种实现无线因特网协议(IP)网络中的移动对移动多媒体呼叫的方法，包括以下步骤：

将多媒体分组的单一版本从第一移动台发送给第一基站；

将所述多媒体分组从所述第一基站发送给媒体网关；

在所述媒体网关生成所述多媒体分组的多个版本；

将所述多个版本的至少一个版本发送给第二基站，其中所述多媒体分组的所述多个版本的所述至少一个版本还包括多媒体信息；以及

由所述第二基站从所述多个版本的所述至少一个版本中选择要发送给第二移动台的适当版本，其中所述选择进一步包括：

从第二移动台接收第二移动台的信道条件，其中所述信道条件影响来自所述多媒体分组的多媒体信息的感知性能，以及

基于第二移动台的所述信道条件从所述多个版本的所述至少一个版本中选择所述适当版本。

12.一种基站，包括：

至少一个微处理器；

适合检查每个进入的RTP分组的分组过滤器；

与所述至少一个微处理器耦合的非暂时计算机可读存储介质，进一步包括计算机可读指令，所述指令由所述至少一个微处理器执行时，配置用于：

识别多个RTP分组对应于同一个多媒体分组；以及

选择要发送给移动台的所述RTP分组的适当源格式，其中所述选择进一步包括：

从接收移动台接收所述接收移动台的信道条件，其中所述信道条件影响来自所述多媒体分组的多媒体信息的感知性能，以及

基于所述接收移动台的所述信道条件选择所述RTP分组的所述适当源格式。