DE102004018200A1 - Verfahren zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen in einer Empfängervorrichtung sowie Empfängervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen in einer Empfängervorrichtung sowie Empfängervorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berarbeiten einer Folge von Datenpaketen in einer Empfängervorrichtung, insbesondere von Audio- und/oder Video-Datenpaketen, sowie eine Empfängervorrichtung. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Empfangen eines Datenpaketes der Folge von Datenpaketen in der Empfängervorrichtung über eine Datenverbindung; Ermitteln einer Kennungsinformation des Datenpaketes, die ein Position des Datenpaketes in der Folge von Datenpaketen anzeigt; Einsortieren des Datenpaketes in eine Reihenfolge von zu verarbeitenden Datenpaketen in einer Warteschlange entsprechend der Kennungsinformation, wobei die zu verarbeitenden Datenpakete von der Folge von Datenpaketen umfaßt sind; Ermitteln eines Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange und eines weiteren Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines letzten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange; Ermitteln einer zeitlichen Differenz zwischen dem Zeitwert und dem weiteren Zeitwert; und Übergeben zumindest des ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange zum Verarbeiten an eine Verarbeitungseinrichtung, wenn die zeitliche Differenz größer oder gleich einem vorbestimmten zeitlichen Schwellwert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen in einer Empfängervorrichtung, insbesondere von Audio- und/oder Video-Datenpaketen, sowie eine Empfängervorrichtung.
  • Bei der Übertragung von Audio- und Videodatenpaketen zwischen einer Sendervorrichtung und einer Empfängervorrichtung erfolgt der Austausch der Datenpakete auf Basis eines Übertragungsprotokolls. Zu den nutzbaren Übertragungsprotokollen gehören Echtzeit-Protokolle wie RTP (RTP – „Real Time Transport Protocol"). RTP ist ein Protokoll, welches auf dem sogenannten UDP/IP-Protokoll (User Datagram Protocol/Internet Protocol) aufsetzt. RTP wurde entwickelt, um eine Synchronisation der übertragenen Datenpakete bei Echtzeit-Übertragung in Unipoint- und Multipoint-Verbindungen mit Hilfe des nicht sicheren UDP/IP-Protokolls zu realisieren. In Verbindung mit Audio-/Video-Datenpaketen in IP-Netzwerken bildet RTP die Basis für eine geordnete Datenübertragung.
  • Ein RTP-Datenpaket umfaßt grundsätzlich die folgenden Teile: RTP-Header (Kopfteil) und RTP-Nutzdaten, wobei RTP-Header Kopfdaten umfaßt (vgl. R. Schoblick: Das Real Time Transport Protocol, Funkschau, 26 (2000) 47). Die RTP-Nutzlast wird auch als RTP-Payload bezeichnet. Bei dem RTP-Header können feste Elemente sowie eine optionale Erweiterung („Header-Extension") unterschieden werden. Zu den im RTP-Header jedes Datenpaketes definierten Elementen gehört eine Sequenznummer, die die Position des zugehörigen Datenpaketes in einer Reihenfolge von zu übertragenden Datenpaketen anzeigt.
  • Der RTP-Header umfaßt weiterhin einen sogenannten Zeitstempel („Timestamp"), bei dem es sich um eine Zeitmarkierung handelt, die in der Empfängervorrichtung dazu genutzt werden kann, Jitter-Erscheinungen durch Laufzeitdifferenzen entgegenzuwirken, um so die Synchronisation und die zeitliche Koordination der übertragenen RTP-Datenpakete in der Empfängervorrichtung zu realisieren. Die Zeitmarkierung („Timestamp") zeigt üblicherweise einen Zeitpunkt der Übergabe des zugehörigen Datenpaketes von der Sendervorrichtung an die Datenverbindung an, welche zur Übertragung des Datenpaketes zwischen der Sendervorrichtung und der Empfängervorrichtung genutzt wird. Alternativ kann die Zeitmarkierung aber auch in die Zukunft berechnet sein und den Zeitpunkt angeben zu dem die Daten des Paketes im Empfängerät an die Applikation weitergegeben werden sollen.
  • Die Sequenznummer aus dem RTP-Header wird von der Empfängervorrichtung verwendet, um die bei der Übertragung über die Datenverbindung durcheinander geratenen Datenpakete wieder in die korrekte Reihenfolge zu bringen. Dieses geschieht in der Empfängervorrichtung in einem Warteschlangen-Speicherbereich, in dem die in der Empfängervorrichtung empfangenen Datenpakete in eine Sortierwarteschlange gemäß ihrer jeweiligen Sequenznummer eingeordnet werden. In der Sortierwarteschlange muß für diesen Sortierprozeß stets eine gewisse Anzahl von empfangenen Datenpaketen vorgehalten werden, um möglichst viele Vertauschungen der Datenpakete, die aufgrund der Übertragung über die Datenverbindung entstehen, auszugleichen. Wird ein Datenpaket in der Empfängervorrichtung zu schnell aus der Sortierwarteschlange zur Verarbeitung weitergegeben, so können später eintreffende Datenpakete mit kleinerer Sequenznummer nicht mehr einsortiert werden. Andererseits darf mit der Freigabe der empfangenen Da tenpakete zur weiteren Verarbeitung aber nicht zu lange gewartet werden, da bei der Übertragung über die Datenverbindung auch Pakete verloren gehen können, die dann unendliche Wartezeiten für die empfangenen Datenpakete in der Sortierwarteschlange erzeugen würden. Weiterhin ist beim Betreiben der Sortierwarteschlange zu beachten, daß die Datenpakete in der Empfängervorrichtung meist sofort (in Echtzeit) weiterverarbeitet werden und daß sich die Übertragungsrate der übertragenen Datenpakete jederzeit ändern kann. Bekannte Verfahren, bei denen eine fest eingestellte Anzahl von empfangenen Datenpaketen in der Sortierwarteschlange zwischengespeichert wird, werden diesen unterschiedlichen Anforderungen nur ungenügend gerecht.
    •
  • Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen in einer Empfängervorrichtung, insbesondere von Audio- und/oder Video-Datenpaketen, sowie eine Empfängervorrichtung anzugeben, bei denen auch für variierende Übertragungsraten Vertauschungen von Datenpaketen nach einer Übertragung über eine Datenverbindung in der Empfängervorrichtung möglichst vollständig beseitigt werden und eine Echtzeit-Verarbeitung der übertragenen Datenpakete ermöglicht ist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Empfängervorrichtung mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
  • Die Erfindung umfaßt den Gedanken, bei einem Verfahren zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen in einer Empfängervorrichtung, insbesondere von Audio- und/oder Video-Datenpaketen, die folgenden Schritte vorzusehen: Empfangen eines Datenpaketes der Folge von Datenpaketen in der Empfängervorrichtung über eine Datenverbindung; Ermitteln einer Kennungsinformation des Datenpaketes, die eine Position des Datenpaketes in der Folge von Datenpaketen anzeigt; Einsortieren des Datenpaketes in eine Reihenfolge von zu verarbeitenden Datenpaketen in einer Warteschlange entsprechend der Kennungsinformation, wobei die zu verarbeitenden Datenpakete von der Folge von Datenpaketen umfaßt sind; Ermitteln eines Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange und eines weiteren Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines letzten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange; Ermitteln einer zeitlichen Differenz zwischen dem Zeitwert und dem weiteren Zeitwert; und Übergeben zumindest des ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange zum Verarbeiten an eine Verarbeitungseinrichtung, wenn die zeitliche Differenz größer oder gleich einem vorbestimmten zeitlichen Schwellwert ist.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Empfängervorrichtung mit den folgenden Merkmalen vorgesehen: eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen; ein Warteschlangen-Speicherbereich zum Speichern einer Warteschlange von zu verarbeitenden Datenpaketen, wobei die zu verarbeitenden Datenpakete von der Folge von Datenpaketen umfaßt sind; Prüfmitteln zum Ermitteln eines Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange und eines weiteren Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines letzten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange und zum Er mitteln einer zeitlichen Differenz zwischen dem Zeitwert und dem weiteren Zeitwert; und Übergabemittel zum Übergeben zumindest des ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange zum Verarbeiten an die Verarbeitungseinrichtung, wenn die zeitliche Differenz größer oder gleich einem vorbestimmten zeitlichen Schwellwert ist.
  • Ein Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht ist, besteht darin, daß für die Warteschlange in der Empfängervorrichtung eine feste zeitliche Verzögerung für die in der Warteschlange gespeicherten Datenpakete festgelegt ist. Dieses ist insbesondere in Verbindung mit einem Verfahren vorteilhaft, bei dem die übertragenen Datenpakete nachfolgend sofort dekodiert werden, was ein Hauptanwendungsfall für die Benutzung von RTP ist.
  • Durch das Festlegen einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung variiert die Anzahl der in der Warteschlange vor der weiteren Verarbeitung zwischengespeicherten Datenpakete mit der Übertragungsrate. Bei einer höheren Übertragungsrate nimmt die Anzahl der zwischengespeicherten Datenpakete in der Warteschlange zu. Da mit zunehmender Übertragungsrate auch die Anzahl der Vertauschungen und Verluste von Datenpaketen auf der zur Übertragung genutzten Datenverbindung steigt, ermöglicht die höhere Anzahl zwischengespeicherter Datenpakete in der Warteschlange ein effizienteres Sortieren der empfangenen Datenpakete in der Empfängervorrichtung. Auf diese Weise erfolgt automatisch eine Anpassung der Anzahl der in der Warteschlange zwischengespeicherten Datenpakete proportional zu der Wahrscheinlichkeit für Vertauschungen und Verluste von Datenpaketen.
  • Zeichnung
  • Des weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Sendervorrichtung und einer Empfängervorrichtung, die über eine Datenverbindung zum Übertragen von Datenpaketen verbunden sind.
    •
  • Ausführungsbeispiel
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Sendervorrichtung 1 und einer Empfängervorrichtung 2, die über eine Datenverbindung 3 verbunden sind. Bei der Sendervorrichtung 1 und der Empfängervorrichtung 2 kann es sich um beliebige elektronische Geräte handeln, zwischen denen elektronische Daten, insbesondere Video- und/oder Audiodaten, ausgetauscht werden können, wobei die Sendervorrichtung 1 und die Empfängervorrichtung 2 in ein Netzwerk integriert sein können, beispielsweise ein IP-Netzwerk. In diesem Fall handelt es sich bei der Datenverbindung 3 um eine Netzwerkverbindung, insbesondere eine IP-Netzwerkverbindung, also z.B. eine Telefonverbindung, wobei die Empfängervorrichtung 2 zum Empfang der Daten mit einem Modem ausgestattet ist (nicht dargestellt).
  • Zwischen der Sendervorrichtung 1 und der Empfängervorrichtung 2 werden über die Datenverbindung 3 Datenpakete auf Basis von RTP (RTP – „Real Time Transport Protocol") ausgetauscht. Hierbei werden die Datenpakete in der Sendervorrichtung 1 selbst oder in einer hiervon getrennten Vorrichtung (nicht dargestellt) erzeugt und anschließend an die Sendervorrichtung 1 übertragen, welche die Datenpakete dann an die Datenverbindung 3 übergibt.
  • Gemäß der Konvention von RTP verfügen die Datenpakete über einen RTP-Header und RTP-Nutzdaten („RTP-Payload"). Teil des jeweiligen RTP-Headers der Datenpakete ist eine Sequenznummer, mit der für jedes Datenpaket eine Kennungsinformation zur Verfügung steht, die die Position des zugehörigen Datenpaketes in einer Folge von Datenpaketen anzeigt, die zwischen der Sendervorrichtung 1 und der Empfängervorrichtung 2 übertragen und in der Empfängervorrichtung 2 verarbeitet werden. Darüber hinaus umfaßt der RTP-Header eine Zeitmarkierung („Timestamp"), die eine Übergabezeitinformation umfaßt, welche einen Zeitpunkt einer Übergabe eines zugehörigen Datenpaketes von der Sendervorrichtung 1 an die Datenverbindung 3 anzeigt. Üblicherweise werden mit Hilfe der so ausgebildeten Zeitinformation für die jeweiligen Datenpakete Jitter-Erscheinungen beim Übertragen der Datenpakete über die Datenverbindung 3 in der Empfängervorrichtung 2 ausgeglichen, um eine zeitliche Synchronisation zu erreichen.
  • Gemäß der Figur umfaßt die Empfängervorrichtung 2 Prüfmittel 4, mit denen die Sequenznummer der in der Empfängervorrichtung 2 empfangenen Datenpakete ermittelt wird, um das zugehörige Datenpaket anschließend der Sequenznummer entsprechend in eine Reihenfolge von bereits gespeicherten Datenpaketen in einem Warteschlangen-Speicherbereich 5 einzuordnen. Die Warteschlange in dem Wartschlangen-Speicherbereich 5 umfaßt empfangene Datenpakete, die vor einer Weiterverarbeitung mit Hilfe einer Verarbeitungseinrichtung 6 zwischengespeichert werden.
  • Nach dem Einsortieren des empfangenen Datenpaketes werden mit Hilfe weiterer Prüfmittel 7 die Zeitmarkierung eines ersten Datenpaketes in der Reihenfolge von Datenpaketen in der Warteschlange und die Zeitmarkierung eines letzten Datenpaketes in der Reihenfolge von Datenpaketen in der Warte schlange überprüft. Die Bezeichnung erstes und letztes Datenpaket bezieht sich auf die Position des zugehörigen Datenpaketes in der Reihenfolge der Datenpakete in der Warteschlange und nicht auf einen Zeitpunkt des Empfangs des zugehörigen Datenpaketes in der Empfängervorrichtung 2. Die Datenpakete in der Warteschlange sind entsprechend ihrer zugehörigen Sequenznummer sortiert.
  • Mittels Auswerten der Zeitmarkierung für das erste und das letzte Datenpaket in der Reihenfolge der Datenpakete in der Warteschlange wird ein jeweils zugehöriger Zeitwert ermittelt, welcher den Zeitpunkt der Übergabe des zugehörigen Datenpaketes von der Sendervorrichtung 1 an die Datenverbindung 3 anzeigt. Mit Hilfe der weiteren Prüfmittel 7 wird dann die zeitliche Differenz zwischen dem Zeitwert für das erste Datenpaket und dem Zeitwert für das letzte Datenpaket ermittelt. Wenn die zeitliche Differenz größer oder gleich einem vorbestimmten zeitlichen Schwellwert ist, wird mit Hilfe von Übergabemitteln 8 zumindest das erste Datenpaket aus der Warteschlange zur Weiterverarbeitung an die Verarbeitungseinrichtung 6 übergeben. Anschließend wird die Zeitmarkierung für das nun erste Datenpaket in der Warteschlange, bei dem es sich um das zuvor zweite Datenpaket handelt, ausgewertet. Es wird wiederum die zeitliche Differenz zwischen dem Zeitwert für das nun erste Datenpaket und das letzte Datenpaket ermittelt. Sollte die zeitliche Differenz immer noch den zeitlichen Schwellwert überschreiten oder gleich dem Schwellwert sein, wird das nun erste Datenpaket ebenfalls zur weiteren Verarbeitung an die Verarbeitungseinrichtung 6 übergeben. Dieses Vorgehen wird fortgeführt, bis die ermittelte zeitliche Differenz kleiner als der vorbestimmte zeitliche Schwellwert ist. In diesem Fall folgt dann das Empfangen und Einsortieren eines weiteren Datenpaketes.
  • Der vorbestimmte zeitliche Schwellwert kann verändert werden, um diesen situationsabhängig anzupassen.
  • Mit Hilfe des beschriebenen Vorgehens wird bei fest eingestelltem zeitlichen Schwellwert eine automatische Anpassung der möglichen Anzahl von Datenpaketen in der Warteschlange für unterschiedliche Übertragungsraten erreicht, da mit zunehmender Übertragungsrate potentiell eine größere Anzahl von Datenpaketen innerhalb einer gleichbleibenden Zeitdauer in der Warteschlange zwischengespeichert werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen in einer Empfängervorrichtung (2), insbesondere von Audio- und/oder Video-Datenpaketen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: a) Empfangen eines Datenpaketes der Folge von Datenpaketen in der Empfängervorrichtung (2) über eine Datenverbindung (3); b) Ermitteln einer Kennungsinformation des Datenpaketes, die eine Position des Datenpaketes in der Folge von Datenpaketen anzeigt; c) Einsortieren des Datenpaketes in eine Reihenfolge von zu verarbeitenden Datenpaketen in einer Warteschlange entsprechend der Kennungsinformation, wobei die zu verarbeitenden Datenpakete von der Folge von Datenpaketen umfaßt sind; d) Ermitteln eines Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange und eines weiteren Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines letzten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange; e) Ermitteln einer zeitlichen Differenz zwischen dem Zeitwert und dem weiteren Zeitwert; und f) Übergeben zumindest des ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange zum Verarbeiten an eine Verarbeitungseinrichtung (6), wenn die zeitliche Differenz größer oder gleich einem vorbestimmten zeitlichen Schwellwert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte d), e) und f) für verbleibende Datenpakete wiederholt werden, die nach dem Übergeben zumindest des ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warte schlange verbleiben, bis die zeitliche Differenz den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungsinformation aus einer Sequenznummer des Datenpaketes abgeleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitwert aus einer Übergabezeitinformation ermittelt wird, welche beim Übertragen des ersten der zu verarbeitenden Datenpakete von einer Sendervorrichtung (1) an die Empfängervorrichtung (2) einen Zeitpunkt einer Übergabe des ersten zu verarbeitenden Datenpaketes von der Sendervorrichtung (1) an die Datenverbindung (3) anzeigt, und daß der weitere Zeitwert aus einer Übergabezeitnformation ermittelt wird, beim Übertragen des letzten der zu verarbeitenden Datenpakete von der Sendervorrichtung (1) an die Empfängervorrichtung (2) einen Zeitpunkt einer Übergabe des letzten zu verarbeitenden Datenpaketes von der Sendervorrichtung (1) an die Datenverbindung (3) anzeigt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungsinformation aus einem Kopfdatensatz des Datenpaketes ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitwert für das erste zu verarbeitende Datenpaket und der weitere Zeitwert für das letzte zu verarbeitende Datenpaket aus einem jeweiligen Kopfdatensatz ermittelt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge von Datenpaketen in der Empfängervorrichtung (2) im Rahmen eines Echtzeit-Protokolls empfangen und verarbeitet wird.
  8. Empfängervorrichtung (2), insbesondere zur Verwendung bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit. – einer Verarbeitungseinrichtung (6) zum Verarbeiten einer Folge von Datenpaketen; – einem Warteschlangen-Speicherbereich (5) zum Speichern einer Warteschlange von zu verarbeitenden Datenpaketen, wobei die zu verarbeitenden Datenpakete von der Folge von Datenpaketen umfaßt sind; – Prüfmitteln (7) zum Ermitteln eines Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange und eines weiteren Zeitwertes aus einer Zeitmarkierung eines letzten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange und zum Ermitteln einer zeitlichen Differenz zwischen dem Zeitwert und dem weiteren Zeitwert; und – Übergabemitteln (8) zum Übergeben zumindest des ersten zu verarbeitenden Datenpaketes in der Warteschlange zum Verarbeiten an die Verarbeitungseinrichtung (6), wenn die zeitliche Differenz größer oder gleich einem vorbestimmten zeitlichen Schwellwert ist.
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