CN1653776A - 质量驱动流的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种方法和设备，用于在封闭网络(100)中从源(102)到目标终端(114)提供质量驱动流内容。每当请求新的流时收集有关所需带宽的信息。然后确定网络是否具有发送新的流所需的带宽。当网络没有所需的带宽时，缩减当前正被发送的所有流的带宽，以便能够将新的流发送到目标终端(114)。可以均匀地缩减带宽，根据所存储的用户等级结构成比例地缩减带宽，或者只在所选的流上实现缩减。

Description

质量驱动流的方法和设备

技术领域

本发明涉及在网络中更加有效地使用可利用带宽，更加具体地说，涉及使用向一组源和目标设备中的一个源提供的容量信息来实现更加有效地使用可利用带宽的方法和设备。

背景技术

网络正在逐渐地深入我们的家庭。在多数家庭都已经安装了一个或多个网络。例如，有线和无线电话的网络、连接扬声器和放大器的无线连接、连接设备和计算机的网络、和使计算机互连的网络。

在家庭内互连设备极大地提高了设备的能力。如果指定上述情况，这样的网络将是异构型的，即，不同的通信媒介利用不同的通信协议互连。许多标准已经解决了在家庭内区域的网络连接问题，如IEEE1394、HomePNA、CEBus、HomeRF、IEEE802.11、蓝牙标准、等。在网络水平解决异构性的一个众所周知的协议标准是因特网协议(IP)。

网络连接了来自消费者电子电路、计算、广播、以及电话的各个区域的设备。网络促进了娱乐、控制、信息、和通信。例如，网络促进了从个人计算机(PC)到起居室中的大屏幕的音频/视频(A/V)流。进而，可以从移动电话远距离地接通或断开设备如加热设备，可以向计算机内下载一个文件，以及可以在家庭内部和家庭外部两方之间举行视频会议。

从以上列出的例子可以得出结论，具有不同资源和定时要求的网络接入需要：具有所请求的资源、定时、和各种可靠性要求的A/V流；具有所请求的定时和可靠性要求的类似于控制的接入；具有弱定时和可能的重资源要求的文件访问；与所请求的定时和资源要求的会谈协商。网络用户不希望为实施细节而费心，但的确希望完全控制他知道的设备，如机顶盒、个人计算机、或者一条内容(如安装软件)或者一段音乐。

在这些网络中，在同一个时间可以操作许多不同的设备，或者一个设备可以执行多个不同的任务。例如，一个屏幕可以有几个不同的窗口，每个窗口显示不同的视频流。如果对于网络的请求太多，这可能成为一个问题，即这个网络可能不具有同时执行所有的请求的任务的容量或带宽。这对于流内容可能是一个具体的问题，即，带宽非常昂贵。然而，在A/V流中，通常传送的信息事实上在目标显示器上或在目标屏幕的窗口上是看不见的。某些信息被显示，但又可能被清除，因此对用户的经验只有一点影响。这就意味着，带宽被这种信息的传送浪费。因此，需要一种方法和设备，以便更加有效地使用在网络中的可利用带宽，从而可以有容量同时提供更多的服务。进而，在没有足够的带宽可用于所有的请求的实施方案时，还需要让用户决定应该如何使用这个带宽。

发明内容

本发明的一个目的是克服现有网络的上述缺点，通过向网络的控制器发送有关目标显示器或目标屏幕的窗口的信息，更加有效地使用可利用带宽，其中控制器能够调节发送到目标屏幕的内容以便更加紧密地匹配屏幕和网络的容量。

按照本发明的一个实施例，公开了一种方法和设备，用于在封闭的网络内从源端向目标端提供质量驱动流内容。每当请求一个新的流时，收集有关所需的带宽的信息。然后确定这个网络是否有请求的带宽发送新的流。用于调节带宽的方法可能有3个。

在第一种方法中，控制器调节所有流的带宽，因而在所有的流上质量缩减均匀分布，不需要用户的发明。第二种方法是在控制器中存储可能的用户的一个等级结构。然后，对于列表上位于下面的用户逐渐缩减带宽，对于列表上位于上面的用户不缩减或者很少缩减带宽。第三种方法允许用户的干预。降低各个流的质量，所有的用户都有机会表明：质量再减小下去是不能接受的。控制器记录这种情况，当对于新的流没有足够大的带宽能够释放的时候，通知这个用户。在此之后，在家庭内部的社会结构确定带宽分配。在讨论结束时，每个用户都有机会发出信号表示：允许进一步降低质量。

按照本发明的另一个实施例，公开了一种方法和设备，用于在封闭的网络内从源端向目标端提供质量驱动流内容。带宽是根据网络容量和对于特定流的要求分配的。要按照目标端的容量缩减对于特定流的要求。当网络容量对于增加新请求的流不够用时，要缩减各个流的带宽。

参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是显而易见的。

附图说明

下面参照附图借助于实例详细描述本发明，其中：

图1表示用于实现本发明的至少一个实施例的说明性的家庭网络；

图2表示具有多个窗口用于同时观看多个A/V流的电视；

图3是流程图，表示当带宽不够完成所有请求的实施方案时按照本发明的一个实施例的网络采取的步骤。

具体实施方式

图1是按照本发明的一个实施例构成的家庭多媒体网络100的示意图。然而，这个实施例只是举列说明，因为在本发明的范围内可以用许多不同方式配置网络100，并且网络100可包括耦合到网络100的不同的设备。此外，本发明不限于定位在家庭内的网络，而是可应用到安装在其它类型结构、如办公室、公寓等内的其它封闭网络上。然而，为了进行说明，在家用设备环境中描述典型实施例。

网络100是一个数字网络，将不同类型的设备连接到在家庭外部的世界。这个设备例如包括机顶盒102、个人计算机104、106、数字电视114、DVD播放器112、数字摄像录像机116、音频设备118、打印机108、和电话120。除了连接该设备和外部世界之外，网络100还要将家庭内部的数字视频设备、数字音频设备、计算机和电话设备连在一起。这就统一了家庭内部的通信和控制，使外部网络连接或内部数据源的全部功能都可由网络100上的任何终端利用。

与外部世界的通信是通过一系列单独的网络接口单元122实现的，并且与外部世界的通信可以在一个入口单元(未示出)中与每个网络接口单元122进行物理组合，以便可以在不同的外部网络和家庭网络100之间进行连接。不同的外部网络可以携带不同类型的信号。这些信号例如可以是在混合光纤同轴电缆或电缆上携带的广播信号(数字的或混合模拟/数字的)。其它类型信号是ISDN、广播数字卫星服务和其它服务。至少可以携带下面的数据类型：压缩视频、压缩音频、压缩的因特网图形和数据、因特网电子邮件和数据、计算机文件数据和控制消息数据。

这些信号在内部网络110上分配遍及整个家庭。在某些实施例中，内部网络100基本上是10base-T或100base-T双绞线型的以太网，但可以使用一个特定的开关集线器，以使所说的网络可扩充到任何数目的能够接收高比特率视频的终端单元。对于以太网网络，可以使用基于令牌的协议来保留带宽。对于802.11，可以使用EDCF或HCI机制。服务探索机制通常由UPnP(通用即插即用)或HAVi(家庭音频/视频互操作)标准提供，以便可以在设备之间实现互操作。

如图1所示的HAVi体系结构可以保证不同卖主的产品能够互操作，即能够协同动作以完成应用任务。当前的消费者电子设备，如家庭娱乐设备(DVD播放器112、DV摄像录像机116、数字电视114、等)，都是数字处理和数字存储***。在网络上连接这些设备就有可能共享处理和存储资源。这就可以协调几个消费者电子设备的同时控制，从而例如可以简化用户的互动。例如，第一设备例如在第二设备上记录的同时可在第三设备上评估电子节目指南。家庭网络提供用于连接消费者电子设备的结构。其允许所连接的各个设备交换控制(一个设备向另一个设备发送命令)和A/V数据(一个设备向另一个设备发送音频流或视频流)。网络必须满足几项要求才能实现所有这些。家庭网络必须支持及时传送高数据速率的AV流。

HAVi软件体系结构是与平台无关的并且是基于Java的。HAVi使用IEEE1394高性能串行总线协议在连接到网络的设备之间传送控制和内容。IEEE1394标准是一个可动态配置的低成本数字网络。IEEE1394定义了底板物理层和点到点电缆连接的虚拟总线实施方案这两者。底板版本的数据速率是12.5、25、50兆比特/秒。电缆版本的数据速率是100、200和400兆比特/秒。这个标准规定了媒介、拓朴形状和协议。IEEE1394传输协议由于它的高数据速率的能力特别适用于支持音频和视频通信协议。

HAVi体系结构通过消费者电子设备的抽象表示来控制网络中的消费者电子设备。抽象表示是通过控制器或源(如机顶盒102和个人计算机104、106)进行操作的，并且隐藏相关的真正消费者电子设备的特异性。因此，所说的抽象表示为较高水平的软件提供一个统一的界面。利用可反映所代表的电子设备的特性的控制特性来记录抽象表示。抽象表示将它们的互用性API暴露给各种应用，并且这些抽象表示集中在一起形成一组服务，用于在家庭网络100中建立便携式的、分配式的应用。这些抽象表示可以在UpnP中按不同方式实施。

两个体系结构都允许在家庭网络内的一个设备向另一个设备发送命令或控制信息。符合HAVi的设备包含与它的用户接口有关的并且与它的控制能力有关的数据(上述抽象表示被称之为设备控制模式)。这个数据例如包括能够上载并且能够由网络上的其它设备执行的HAVi字节码(Java)。符合HAVi的设备最低限度具有足够的功能以便与***内的其它设备通信。在互动期间，各个设备可以按照对等的方式交换控制和数据。这就可以保证，在通信水平，不需要任何一个设备充当***的主设备或控制器。另一方面，允许逻辑主设备或控制器把一个控制结构强加在基本的对等的通信模型上。HAVi在控制器和被控设备之间进行区分。控制器对于被控设备来说是用作主机的设备。控制器主管被控设备的抽象表示。控制接口是经过抽象表示的API暴露的。这个API是控制该设备的应用的接入点。

HAVi提供借助于HAVi流管理器保留带宽的可能性，所说的管理器可在IEEE1394通信媒介上保留通道。这种应用在为一个特定的流分配通道容量的一部分或者整个通道方面，完全是自由的。UpnP监视“连接管理器服务“，以观察源和目标之间的所有的流。

大多数的应用涉及到从源发送到目标的数据流。例如，A/V流从机顶盒102发送到数字电视114。至少，目标的性能限制了用户感觉到的流的质量。例如，一个低分辨率屏幕不可能显示出具有许多细节的图像的所有方面。用户希望从一组源和目标中选择出一个源和目标，以便以正确的质量表示出他喜欢的内容。

在能够确定目标处的流的质量参数之前，需要在网络100和用户之间进行对话。在本发明的一个实施例中，网络100可以利用一个缺省的质量启动这些流，其中网络100可能已经知道用户的爱好。在没有预料到的情况下，或者根据用户的请求，开始一次对话。尤其是在多个流可能使网络100的容量超载的时候，网络100可以给用户提供一些选择，从而可以通过网络100维持用户的感觉可以接受的质量。

目标可以是屏幕上的一个窗口，但本发明不限于此。一个屏幕可以有多个窗口，并且从多个源接收多个流。例如，如图2所示，可以以最高可能的质量观察电视114上的主窗口202，同时一个或多个较小的窗口204、206提供有关其它的输入流的信息。可以向网络传递对于窗口上的观察质量的确定。当特定的事件发生时，这个***可以自动地改变质量和窗口。

通过提供给网络的流的质量确定网络的服务质量(QoS)。现在描述一个A/V流的发送当中的不同的阶段。在源处，只要图像质量没有下降到所需水平之下，就可以一直缩减产生的数据。这种缩减取决于目标性质和图像性质，以及传输容量。在整个链内的最弱的链路可能决定数据缩减的量以及数据缩减的位置。对于音频和视频，必须维持最小的数据速率以满足用户的希望。数据速率根据内容和所选的编码随时间上下涨落。所产生的数据可以被分割成独立的流，从而使基本流产生一个具有最低质量要求的运动图像。其它流的逐步增加将会改善所显示的图像的质量。其结果是得到了一个可伸缩的传输算法，这个算法是通过MPEG4的细粒度伸缩性(FGS)部分进行了标准化的。可向每一个子流分配优先权、路径、或冗余性，以将具有指定质量的可能的传递链接到一个耗费成本的功能。

一个指定的流与其它的一些流共享这个网络。因此，要向指定的流分配发送媒介的部分带宽。分配机制与媒介有关。在目标处，以流的内容要求的速率将缓冲器的内容发送到目标。相关的流必须被同步，并且进行解码。

如图1所示，通信媒介经过桥124相互连接。这些媒介允许保留带宽以使A/V数据能从源流动到目标。当流穿过一个或多个桥124时，在所有的相关的媒介上就保留了带宽。不同的媒介可使用不同的保留机制。对于每个桥124，都有一个函数T2：”medium，medium->bandwith-characteristics”，这个函数描述在一种媒介上的带宽保留是如何翻译成另一种媒介上的带宽保留的。一种媒介有一定的容量。可以按两种方式分配媒介的已知的容量：(1)媒介的容量对于连接到媒介上的所有设备都是已知的，或者(2)选择一个或多个设备并使其知道容量。对于每个目标，存在一个函数T1：”quantity->qulity”，这个函数描述流数据数量的缩减是如何影响用户感觉到质量的。

图3中表示的是一个说明性的例子，说明当没有足够大的带宽可用于实现所有请求的实施方案的时候，网络100是如何作出反映的。每当进行新的带宽保留时，如果有可替换的，则在步骤302，所说的源(如机顶盒102、和计算机104、106)就要在一个或多个路径上向目标发出带宽保留请求。在步骤304，对于每个路径都要确认是否有足够的带宽可利用。在步骤306，源计算最有效的路径，并且在所选的路径上将计算的结果转交给所说的目标。一个可替换方案是在网络上溢出这个信息。然后在步骤308保留所有的带宽并发送新的流。

如果在步骤304确定：没有足够的带宽可利用，则在步骤310由源来询问由所有竞争的流组成的一个列表。源列出到达新流所计划的目标的所有流。将具有这个目标的这组流记为DS。在步骤312，在目标屏幕上保留一个窗口，以便显示新的流NS。在步骤314，从所说的组DS中确定一个子组SDS，如果子组SDS缩减了带宽，则将有足够大的带宽用于新的流。然后，在步骤316，将这个信息发送到目标。

在步骤318，建立与目标的用户的交互对话，以便显示可能使它们的质量缩减以为新的流留下空间的那些流的列表。例如，可在为新的流保留的窗口上进行对话。然后，在步骤320，用户或者接受这些变化，取消对新的流的请求，或者如果可行的话请求流的不同的子组。此外，用户可产生一个子组SDS，并且将其送回到所说的源以便实施。在步骤322，将新的带宽分配发送到SDS的源，并且发送新的流。按照另一种方式，目标可优化带宽分配，其中考虑T1而不提醒用户进行用户输入。

如果DS是空的，则所说的源可以列出所有的相互竞争的流以及它们的质量水平。然后，所说的源在网络上优化所说的质量水平，其中没有考虑各个流的函数T1，而是根据函数T2。所说的源将带宽已调节通知另外的源，并且发送新的流。在目标处，可开始交互式对话以便可以调节所有相关的流的带宽，以达到用户感觉到的最佳状态。如果必须完全切断一个流以允许新的流，则启动与目标的交互式对话，其显示可以被切断的所有可能的流的一个列表。

例如，如果确定：对于新的流没有足够大的带宽可以利用，则这个***可调节所有流的带宽，以便在所有的流上可以均匀地分配质量缩减，而无需用户的干预。按照另一种方式，用户和/或源产生并存储可能的用户的一个等级结构。当确定对于新的流没有足够的带宽可以利用的时候，对于位于列表下面的用户，其它流的带宽要逐渐地或成比例地缩减，对于位于列表上边的用户，其它流的带宽不缩减或者很少缩减。

可以理解，本发明的不同实施例不限于上述步骤的严格顺序，因为某些步骤的定时时间可以交换而不会影响本发明的整个操作。此外，术语“包括”并不排除其它的元件或步骤，术语“一个”并不排除多个和单个处理器或其它可以完成在权利要求书中引用的几个单元或电路的功能的单元。

Claims (19)

1.一种方法，用于在封闭网络中从源到目标终端提供质量驱动流内容，包括如下步骤：

每当请求新的流时收集有关所需带宽的信息；

确定网络是否具有发送新的流所需的带宽；

当网络没有所需的带宽时，缩减当前正被发送的所有流的带宽，以便能够将新的流发送到目标终端。

2.根据权利要求2所述的方法，其中：均匀地缩减所有流的带宽。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步还包括如下步骤：

存储可能的用户的一个等级结构；

逐步缩减流的带宽，为在所存储的等级结构中位置较低的用户缩减的带宽比为所存储的等级结构中位置较高的用户缩减的带宽更多些，从而使新的流可发送到目标终端上。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步还包括如下步骤：

提供当前正在向目标终端发送的流的列表，这些流能够以降低的服务质量来发送。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：控制器从这个列表中选择流，并且缩减所选的流的带宽，以使新的流能够发送到目标终端。

6.根据权利要求4所述的方法，进一步还包括如下步骤：

向用户提供这个列表，其中用户从这个列表选择流；

缩减所选的流的带宽，以使新的流能够发送到目标终端。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：目标终端是一个显示屏幕。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：当接收到修改当前流的请求时，收集有关所需带宽的信息。

9.一种方法，用于在封闭网络中从源到目标终端提供质量驱动流内容，包括如下步骤：

根据网络容量和对于特定流的要求分配带宽；

按照目标终端的容量降低对于特定流的要求；

当网络容量不足以增加新请求的流时，缩减各个流的带宽。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步还包括如下步骤：

按照降低的要求缩减流的内容。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步还包括如下步骤：

确定网络是否具有发送新的流所需的带宽；

提供当前正在发送到目标终端的流的一个列表，这些流能够以降低的服务质量来发送；

缩减从列表中选择的流的带宽，以使新的流能够发送到目标终端。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：封闭网络的控制器从所说的列表中选择所说的流。

13.根据权利要求11所述的方法，其中：用户从所说的列表中选择所说的流。

14.一种设备，用于在封闭网络中从源到目标终端提供质量驱动流内容，包括：

用于每当请求新的流时收集有关所需带宽的信息的装置；

用于确定网络是否具有发送新的流所需的带宽的装置；

用于当网络没有所需的带宽时缩减当前正被发送的所有流的带宽以便能够将新的流发送到目标终端的装置。

15.根据权利要求14所述的设备，其中：所有流的带宽是均匀缩减的。

16.根据权利要求14所述的设备，进一步还包括：

用于存储可能的用户的等级结构的装置；

用于逐渐缩减流的带宽以使为所存储的等级结构中位置较低的用户缩减的带宽比为所存储的等级结构中位置较高的用户缩减的带宽多从而可以向目标终端发送新的流的装置。

17.根据权利要求14所述的设备，进一步还包括：

用于提供当前正在向目标终端发送的流的一个列表的装置，这些流能够以降低的服务质量来发送。

18.根据权利要求17所述的设备，其中：控制器从所说的列表中选择流，并且缩减所选的流的带宽，从而允许将新的流发送到目标终端。

19.根据权利要求17所述的设备，进一步还包括：

用于向用户提供列表的装置，其中用户从列表中选择流；

用于缩减所选的流的带宽以便允许将新的流发送到目标终端的装置。

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