[发明专利]使用FEC反馈的自适应信息传递系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及数据传输系统，且更具体地，涉及用于改进通过数据传输系统传输的信息质量的方法和装置。

背景技术

最初开发因特网用于以小段(通常称为数据包)传送成批数据(诸如文件和电子邮件)。虽然打算使其成为从不保证个别数据包传递的尽力(best-effort)传递系统，尽管如此，其被设计得非常有弹性，从而提供用于在个别组件失效时在其周围选路的方法。

近年来，因特网已享有广泛声誉，这部分地是由于各种高速数据传送技术的发展。即使使用这些高速技术，传送大数据文件(例如，长文档、视频文件、音频文件，等)仍会非常耗时。例如，通过标准DSL线路下载一部电影通常需要几个小时。因此，已开发出或正在开发各种技术以试图最小化与数据传送有关的限制。此领域的基础技术在于数据压缩，数据压缩减小被传送的文件/信息的大小。

在开发数据传送技术的过程中，开发者必须注意被传送数据的类型以及对于数据的任何时效性要求。许多类型的数据必须在不被改变的情况下完美传送(例如，文档、电子表格)。可将此数据压缩，但是压缩算法必须完全可逆以准确地恢复原始数据文件。然而，可使用有损耗的压缩算法来压缩媒体文件(例如，音频、视频、图片等)，这些算法实际上在损害最终质量的情况下丢弃信息以减小文件大小。因此，可在感知质量(perceived quality)与文件大小之间进行折衷。虽然使用有损耗的压缩技术会降级质量，但是可实现的压缩量远比使用无损耗压缩高。

时效性指是否需要实时数据流。尽管一些数据并非时间敏感的，但是电话或视频会话实时发生且因此要求及时的数据传递。通常也从远程服务器实时播放音频或视频文件。在这些方法中，以数据包形式发送数据，其中最初发送刚刚够的数据以启动声音或图像。随着时间的过去，在服务器处播放数据文件，并将数据文件“准时”发送至客户机用于呈现(presentation)。

尽管数据包的任何重大百分比的损耗导致所传递数据(即，视频和/或音频数据)的不可接受的质量等级，但是对于通过专用通道(例如，电缆通道、磁盘播放器等)传送的数据这通常不是问题。相反，通过因特网传送的数据遭受更高错误率的损失，较高错误率主要是因为因特网流量的变化等级、变化的硬件能力(例如，连接速度)和个别组件/技术故障。此外，构成基础因特网网络的组件中的一或多个可遭受各种噪声或干扰源中的任何一个的影响。

许多公司已开发或正在开发通过因特网传递给终端用户的服务(例如，按需(on-demand)电影、交互式视频、游戏、视频会议、商业语音服务等)。为了使得这些服务可行，数据传输必须可靠且具有非常高的质量。尽管质量和可靠性通常可通过过度供应(over-provisioning)资源(例如，传输冗余、慢数据速率、在终点的数据传送验证，等)来实现，但是在传送速率和总系统使用方面，这些方法不方便且效率非常低。因此，已经开发了各种自适应技术，其能够用于缓和硬件变化、重新安排数据传送路径以避免拥挤、保护错误率和可用率免受变化，以及重新协商连接参数。经设计适用于变化的网络条件的典型应用使用各种编码、压缩、带宽平滑、速率整形和错误控制技术。

一种通常采用的自适应方案改变视频和/或音频数据的信源率。给定信源率与所传输数据质量之间的直接相关性，高信源率产生所期望的质量等级。不幸地，在网络拥挤存在的情况下，高信源率也导致数据包的损耗，从而导致即使不是全部数据流故障也严重降级质量。由于可将速率减小以降低或消除拥挤，所以速率自适应技术必须在减小的信源率所导致的质量损耗与较高信源率的潜在损耗或总故障之间达到平衡。

正向纠错(FEC)技术将冗余数据添加至媒体流，从而允许在接收器处在不需要与发送器联系或重发所丢失的数据的情况下修复数据包损耗。由于该技术不使用数据重发，所以其主要优点在于端对端速度。与FEC方案的主要折衷在于提供充足的冗余数据以补偿预期的数据包损耗而不提供不利地影响传送速度的过多冗余数据。通过基于客户机反馈来改变所应用的FEC的量，可将该技术最优化以改变网络条件。

另一种自适应技术(称为不均匀(unequal)损耗保护)基于信息的损耗敏感度来改变由发送器编码的FEC保护的数量。因此，对重要数据(例如，离散余弦变换(DCT)的低位系数)提供比较不重要数据多的保护。