无线通信网络中的多媒体内容流的动态速率调整的方法与系统与流程

本发明涉及通信系统。更具体地，本发明涉及无线或移动电信网络的领域。更具体地，本发明涉及针对无线通信网络中的流式传输(streaming)服务的对多媒体内容流的速率控制。

背景技术：

诸如视频递送之类的流式传输服务，即其中多媒体内容(例如，多媒体文件，诸如视频记录或视频片段之类)不断地被接收并呈现给最终用户的服务，在被流式传输服务提供商递送的同时，已经是广泛流行的并且预计将在当前和下一代无线通信网络中特别是在蜂窝系统中成为主导，这主要是由于例如移动电话网络的长期演进(lte)和高级长期演进(lte-a)标准两者所允许的网络可用带宽的增加。

遗憾的是，即使在大带宽(即，宽带)无线通信网络(诸如lte/lte-a网络)中，在不采用adhoc优化策略的情况下也难以在提供流式传输服务期间提供令人满意的服务质量(qos)水平。

的确，在任何无线通信网络中，用户都可能经历可用带宽的时间上的波动，这可能是由于信道质量和流量负载这两者的变化。这种波动可能显著影响所提供的服务的质量，特别是对于流式传输服务，从而导致多媒体内容的提供的中断或滞后。

在本领域中，为了应对该问题，已经设想出可伸缩的多媒体内容(例如，可伸缩的视频)的概念，从而使多媒体内容适应可变的可用传输速率。例如，在视频多媒体内容的情况下，视频流的质量可以根据对希望享受视频的给定用户可用的带宽量来被调整。在利用可扩展视频编码(svc)扩展、细粒度可扩展性(fgs)、分级和多描述编码(mdc)编码方案的基于高级视频编码(avc)或视频压缩格式h.264/mpeg-4第10部分的若干解决方案中已经高度利用该方法。

最近，已经研发了通过http的动态自适应流式传输(dash)标准(还作为mpeg-dash而已知)。mpeg-dash标准定义了客户端—服务器架构，其被配置用于通过http(超文本传输协议)递送可伸缩的(主要是视频)多媒体内容。根据mpeg-dash标准，每个多媒体内容按照固定或可变(即，因块而异)长度的块被分割。每个多媒体内容块与远程服务器内可用的多个多媒体内容片段相关联，所述远程服务器被配置为提供流式传输服务(例如，流式传输服务提供商的服务器)。与同一多媒体内容块相关联的每个片段包括多媒体内容的相同部分，但是多媒体内容片段中的每一个是用特定编码率(例如，在视频的情况下为特定帧速率)编码的多媒体内容部分的一个版本(因此，与相同多媒体内容块相关联的多媒体内容片段具有以比特数表示的彼此不同的不同大小)。对于给定的多媒体内容，其块的列表、相关联的多媒体内容片段和其在服务器内的存储位置(例如，通过多个统一资源定位符——url来表示)、编码率以及与多媒体内容相关联的其他参数根据存储在服务器中的所谓的媒体呈现描述(mpd)文件来组织。

为了访问流式传输服务和接收(期望的)多媒体内容，最终用户(意指借助诸如个人计算机、智能电话、平板电脑等的用户设备之类)须首先获得mpd文件。mpd文件可以由服务器经由http、电子邮件或通过类似的数据传输机制来递送给最终用户。一旦最终用户已经获得了mpd文件，用户就可以向服务器发送用于接收多媒体内容的(不同块的)片段的请求。另外，在接收多媒体内容期间，用户可以估计可用的传输带宽并向服务器请求在mpd内列出的每个块的最合适(就比特数而言)的片段。

然而，mpeg-dash标准没有提供对设计和实现适于在最终用户侧实现的速率控制算法的任何具体指导。

在本领域中，已经提出了处理上述问题的一些解决方案。这些解决方案中的大多数专注于有线网络架构，并且提出不适合无线网络的方案。主要专用于无线通信网络和蜂窝网络架构的其他解决方案提出了非常简单的策略，这些策略通过考虑在osi(开放式系统互连)协议栈的给定点(即，在物理层或在应用层)处进行的一个特定测量来调整视频片段的编码率。

例如，xiaolingqiu；haipingliu；deshili；songzhang；ghosal，d.；mukherjee，b.的“optimizinghttp-basedadaptivevideostreamingforwirelessaccessnetworks”(broadbandnetworkandmultimediatechnology(ic-bnmt)，20103rdieeeinternationalconference，vol.,no.第838、845页，2010年10月26-28日)公开了一种用于处理基于http的自适应视频流式传输中的比特率切换问题的优化算法。该优化算法基于iis(internetinformationservices，因特网信息服务)平滑流式传输架构，并且可以容易地应用于adobeflash动态流式传输和applehttp自适应比特率流式传输。该优化算法根据信道条件和缓存在客户端中的视频流的量来选择最佳视频比特率，以便在减少中断次数的同时为观众提供尽可能好的质量。

weipu；zixuanzou；changwenchen的“videoadaptationproxyforwirelessdynamicadaptivestreamingoverhttp”(packetvideoworkshop(pv)，201219thinternational，vol.no.第65、70页，2012年5月10-11日)公开了一种适用于增强无线dash的体验质量(qoe)的无线dash(widash)代理。widash代理位于因特网和无线核心网络之间的边缘处。widash代理负责视频适应，这使得在多个并发dash流上执行全局优化是可行的。widash代理通过将从dash服务器到无线用户的原始tcp连接分离成一个有线tcp和多个无线tcp来改善dashqoe。此外，widash代理使用视频质量感知动态优先级划分(prioritization)。低比特率视频流被授予高优先级，以便为具有差的无线信道质量的用户保证最低的qoe。最后，widash包括基于自适应控制理论的多输入多输出自适应最优控制器。

thang，t.c.；pham，a.t.；nguyen，h.x.；cuong，p.l.；jungwonkang的“videostreamingoverhttpwithdynamicresourceprediction”(communicationsandelectronics(icce)，2012fourthinternationalconference，vol.no.第130、135页，2012年8月1-3日)公开了考虑到瞬时吞吐量和往返时间的先前值的用于吞吐量估计的一般公式。

gorius，m.；yongtaoshuai；herfet，t.的“dynamicmediastreamingoverwirelessandmobileipnetworks”(consumerelectronics-berlin(icce-berlin)，2012ieeeinternationalconference，vol.no.第158、162页，2012年9月3-5日)公开了一种可预测的可靠实时传输(prrt)协议，在多媒体服务的具体时间约束下有效地支持多媒体服务所需的可靠性的协议层。prrt基于混合错误编码，其允许针对主动和被动这两者的可靠性机制。具体地，它被设计为在严格的延迟约束下实现这些机制之间的最优权衡，以便使得编码开销最小化。基于该传输协议，提出了一种动态媒体流式传输架构。

wo2013/002828公开了根据该发明实施例的在开始使用超文本传输协议(http)的自适应比特率流式传输时确定可用带宽并执行初始流选择的系统和方法。一个实施例包括执行带宽探测以获得对回放设备和远程服务器之间的可用带宽的估计，其中带宽探测包括回放设备从远程服务器请求增加大小的数据块直到下载所请求的块所用的时间超过预定阈值为止，使用回放设备基于多个流的最大比特率和所估计的可用带宽从以不同的最大比特率编码的编码媒体的所述多个流中选择初始流，以及通过使用回放设备从初始流请求编码媒体的部分来开始对编码媒体的流式传输。

wo2013/072080公开了一种移动电信设备，包括：接收器，用于经由移动电信网络接收内容数据；播出缓冲器，用于保存已下载但尚未播放的内容数据；媒体读取器，用于从播出缓冲器中以媒体速率读取内容数据并用于将内容发送到显示器或扬声器以供渲染；片段请求控制器，用于向远程服务器发送媒体片段请求；缓冲器填充监视器，用于连续地或至少在媒体片段下载结束时检查播出缓冲器的填充水平。片段请求控制器被配置为在连续请求媒体片段的状态和不请求任何媒体片段的状态之间切换。该切换取决于填充水平。通过限制片段的下载，产生更多且更长的空闲时段，这增加了无线电状态被切换为关闭的机会，以便节省电池和资源。

wo2012/059897公开了一种方法，包括执行与分段媒体数据的超文本传输协议流式传输相关联的一个或多个检查，分段媒体数据以与该内容的当前表示相对应的当前带宽水平被流式传输；基于所述一个或多个检查的结果来决定是否要切换到与所述当前带宽水平不同的另一带宽水平相关联的另一表示；并且在决定切换到另一表示之后，选择具有与所述当前带宽水平不同的带宽水平的新表示；以及从该新表示请求下一个媒体片段。

技术实现要素：

申请人已经发现，上述已知解决方案不能识别涉及在无线通信网络中可用带宽波动的所有原因，并且因此在大范围的网络条件下不能确保流式传输服务的令人满意的性能。

另外，申请人已经注意到一般缺乏专门针对lte/lte-a类型的无线通信网络中的流式传输服务优化的解决方案。

因此，申请人已经应对了现有技术解决方案的问题，并且已经发现通过实现利用跨层(就osi协议栈层而言)方法的速率控制算法可以在大范围的网络条件下实现高效率的流式传输服务。

特别地，本发明的一个方面提出了一种通过无线通信网络将多媒体内容mc从服务器下载到客户端的方法。所述多媒体内容被细分为多个部分ckj，并且对于每个部分，服务器存储该部分的多个版本segi,j，所述多个版本中的每个版本以特定编码质量bri,j被编码。所述方法包括：在客户端处基于在无线通信网络osi协议栈的至少两个不同层处确定的无线通信参数，从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本segi,j当中选择要下载的所述多媒体内容mc的所述部分ckj的版本segi,j。

在从属权利要求中阐述了本发明的优选特征。

在本发明的实施例中，所述多媒体内容mc的每个部分ckj具有相应的持续时间ts，并且从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本segi,j当中选择版本segi,j的步骤按周期tp迭代，所述周期tp比所述多媒体内容mc的每个部分ckj的持续时间ts更长。

在本发明的实施例中，周期tp是多媒体内容mc的每个部分ckj的持续时间ts的整数倍。

在本发明的实施例中，从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤包括：为要下载的所述多媒体内容mc的m个连续部分ckj选择具有同一特定编码质量bri,j的版本segi,j。

在本发明的实施例中，所述周期tp等于所述多媒体内容mc的所选m个连续部分ckj的持续时间ts的和。

在本发明的实施例中，在客户端处在无线通信网络osi协议栈的至少两个不同层处确定的无线通信参数包括：在osi协议栈的应用层处确定的第一无线通信参数、在osi协议栈的数据链路层的层级处确定的第二无线通信参数、基于在osi协议栈的物理层的层级处执行的测量在数据链路层的所述层级处确定的第三无线通信参数。

在本发明的实施例中，第一无线通信参数包括在osi协议栈的应用层处确定的从服务器到客户端的所述多媒体内容mc的下载的流式传输服务质量eplr(tr)；第二无线通信参数包括被指派带宽rrx(tr)，所述被指派带宽rrx(tr)在osi协议栈的数据链路层处确定，所述被指派带宽rrx(tr)被指派用于借助无线通信网络将所述多媒体内容mc从服务器下载到客户端，以及第三无线通信参数包括容许物理数据速率，所述容许物理数据速率基于在osi协议栈的数据链路层处确定的传输信道质量，所述容许物理数据速率用于从服务器到客户端的所述多媒体内容mc的下载，所述传输信道质量是基于在osi协议栈的物理层的层级处执行的所述测量来确定的。

在本发明的实施例中，在所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的每次迭代包括获得无线通信参数至少一次。

在本发明的实施例中，流式传输服务质量eplr(tr)包括如下确定的分组丢失率移动平均值eplr(tr)：

eplr(tr)＝γ×eplr(tr-1)+(1-γ)×plr(tr)，

其中，eplr(tr)是针对当前迭代的分组丢失率移动平均值，eplr(tr-1)是在前一次迭代时确定的分组丢失率移动平均值，plr(tr)是针对当前迭代的分组丢失率以及γ是用于计算所考虑的参数的移动平均值的平滑常数。

在本发明的实施例中，所述容许物理数据速率包括如下计算的最大瞬时物理数据速率dmax(ttti)：

dmax(ttti)＝效率×nre×0.9×oh，

其中，dmax(ttti)是最大瞬时物理数据速率，nre是专用于传输所考虑的资源块内的所述多媒体内容的部分的版本所涉及的数据的资源元素re的数量n，oh是因osi协议栈而产生的开销，0.9是校正因子，以及效率是基于针对所考虑的资源块的经测量的sinr从3gppts36.213的表7.2.3-1采用的值。

在本发明的实施例中，所述容许物理数据速率还包括如下计算的物理数据速率的移动平均值dmax(ttti)：

dmax(ttti)＝β×dmax(ttti-1)+(1-β)×dmax(ttti)，

其中dmax(ttti)是针对当前迭代的物理数据速率的移动平均值，dmax(ttti-1)是针对前一次迭代的物理数据速率的移动平均值，以及β是用于计算所考虑的参数的移动平均值的平滑常数。

在本发明的实施例中，从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的每次迭代还包括：

a)检查经测量的被指派带宽rrx(tr)是否低于在从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的前一次迭代期间，针对由客户端从服务器下载的版本segi,j而选择的容许编码比特率rtx(tr)，并且

如果经测量的被指派带宽rrx(tr)低于所述容许编码比特率rtx(tr)：

b)则将客户端要从服务器下载的针对接下来版本的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)设置为等于在从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的当前迭代期间的经测量的被指派带宽rrx(tr)，

否则，如果经测量的被指派带宽rrx(tr)大于或等于所述容许编码比特率rtx(tr)：

c)则基于所述流式传输服务质量eplr(tr)和所述容许物理数据速率来验证客户端和服务器之间的通信质量是否允许下一个容许编码比特率rtx(tr+1)大于所述容许编码比特率rtx(tr)，并且

在肯定的情况下：

d)相对于所述容许编码比特率rtx(tr)增加下一个容许编码比特率rtx(tr)，或者

在否定的情况下：

e)基于所述流式传输服务质量eplr(tr)以及在从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的预定数量sth次先前迭代期间，所述容许编码比特率rtx(tr)是否已经被设置为等于经测量的被指派带宽rrx(tr)，来检查客户端和服务器之间的通信质量是否允许下一个容许编码比特率rtx(tr+1)大于所述容许编码比特率rtx(tr)，并且

在肯定的情况下：

f)将下一个容许编码比特率rtx(tr+1)增加到比在从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的预定数量sth次先前迭代中的所述容许编码比特率rtx(tr)更高的值，或者

在否定的情况下：

g)将客户端要从服务器下载的针对接下来版本的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)设置为等于在从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的当前迭代期间的所述容许编码比特率rtx(tr)。

在本发明的实施例中，检查经测量的被指派带宽rrx(tr)是否低于容许编码比特率rtx(tr)的步骤a)包括通过速率阈值rth对所述容许编码比特率rtx(tr)进行加权。

在本发明的实施例中，验证客户端和服务器之间的通信质量是否允许下一个容许编码比特率rtx(tr+1)大于所述容许编码比特率rtx(tr)的步骤c)包括检查要下载的所述多媒体内容mc的部分ckj的版本segi,j的下一个容许物理数据速率是否大于所述多媒体内容mc的部分的已下载版本的所述容许物理数据速率dmax(ttti)。

在本发明的实施例中，验证客户端和服务器之间的通信质量是否允许下一个容许编码比特率rtx(tr+1)大于所述容许编码比特率rtx(tr)的步骤c)还包括检查所述流式传输服务质量eplr(tr)是否低于流式传输服务质量阈值plrth。

在本发明的实施例中，相对于所述容许编码比特率rtx(tr)增加下一个容许编码比特率rtx(tr+1)的步骤d)包括将下一个容许编码比特率rtx(tr+1)设置为与被乘以下一个容许物理数据速率dmax(tr+1)和容许物理数据速率dmax(tr)之比n的容许编码比特率rtx(tr)相对应的值。

在本发明的实施例中，基于所述流式传输服务质量eplr(tr)以及在从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的预定数量次先前迭代期间，所述容许编码比特率rtx(tr)是否已经被设置为等于经测量的被指派带宽rrx(tr)，来检查客户端和服务器之间的通信质量是否允许下一个容许编码比特率rtx(tr+1)大于所述容许编码比特率rtx(tr)的步骤e)包括检查所述流式传输服务质量eplr(tr)是否低于流式传输服务质量阈值plrth。

在本发明的实施例中，将容许编码比特率rtx(tr+1)增加到比预定数量sth次先前迭代中的经测量的被指派带宽rrx(tr)更高的值的步骤f)包括：将下一个容许编码比特率rtx(tr+1)设置为与被乘以乘法因子m的容许编码比特率rtx(tr)相对应的值。

在本发明的实施例中，从所述多媒体内容mc的每个部分cki的多个版本当中选择版本segi,j的步骤包括在从所述多媒体内容mc的每个部分ckj的多个版本当中选择版本segi,j的步骤的第一次迭代中，选择所述多媒体内容的每个部分的多个版本中具有最低编码质量的版本。

本发明的另一方面提出了一种适于通过无线通信网络与服务器耦合以用于下载多媒体内容mc的客户端，所述多媒体内容被细分为多个部分ckj，并且对于每个部分ckj，服务器存储该部分的多个版本segi,j，所述多个版本中的每个版本以特定编码质量bri,j被编码，其中所述客户端被配置为实现上面的方法。

附图说明

通过阅读将结合附图阅读的仅通过非限制性示例提供的对本发明的实施例的以下详细描述，将更好地理解根据本发明的解决方案的这些和其它的特征和优点，其中：

图1是其中客户端连接到服务器以请求流式传输服务的无线通信网络的原理示意图；

图2是协议栈层的简化功能块示意图，根据本发明的实施例的速率控制算法在所述协议栈层上运行，并且

图3是根据本发明的实施例的速率控制算法的简化流程图。

具体实施方式

参考附图，图1是(通用)无线通信网络100的原理示意图，其中客户端105(例如，在用户设备上运行的客户端软件应用)连接到服务器110以请求流式传输服务。

无线通信网络100允许并管理用户设备或ue(例如，移动电话、智能电话、个人计算机和平板电脑)的通信，诸如借助一个或多个无线电通信站(诸如无线电通信站115之类)在地理覆盖区域112上运行客户端105的ue。例如，无线通信网络100是适于借助多个演进节点b(enb)管理地理覆盖区域112内的通信(即，诸如二进制数据分组之类的信息的发送和/或接收)的3gpp长期演进(lte)/高级lte(lte-a)移动电话网络。

服务器110是可以为无线通信网络100的一部分的实体，例如包括在无线通信网络100的核心网络部分中，或者可替代地连接到无线通信网络100，例如服务器110借助因特网连接到无线通信网络100。

服务器110被配置为向诸如客户端105之类的一个或多个客户端(例如，通过无线电通信站115)提供诸如视频片段、电视内容、音乐、因特网无线电之类的多媒体内容的流式传输服务。换句话说，服务器110适于按以下方式将(存储的或临时存储的)多媒体内容mc(例如，诸如视频记录之类的多媒体文件)递送给客户端105：多媒体内容mc基本上从多媒体内容mc递送的开始起借助客户端105直接可享受。

特别地，多媒体内容mc在本说明书的介绍部分中所解释的意义上是可缩放的。在本发明的实施例中，服务器110被配置为实现mpeg-dash标准。如在本说明书的介绍部分中所讨论的，根据mpeg-dash标准，多媒体内容mc被细分为固定或可变(因块而异)长度的多个多媒体内容块或简称为块cki(1≤i≤i，其中i是正整数)。每个块cki与在服务器110处可用的多个多媒体内容片段或简称为片段segi,j(1≤j≤j，其中j是正整数)相关联。同一块cki的每个片段segi,j包括多媒体内容mc的相同部分，但是片段segi,j中的每一个是以特定(平均)编码质量(诸如例如(平均)编码比特率bri,j)编码的多媒体内容mc部分(即，块cki)的一个版本(因此，不同的片段具有以比特数表示的彼此相同的大小)。块cki的列表、片段segi,j和它们在服务器110内的位置(例如，借助相应的url表示)、比特率bri,j以及可能的与多媒体内容相关联的其他参数(诸如片段的开始时间和持续时间、分辨率、编解码器名称等)根据存储在服务器110中的所谓的媒体呈现描述(mpd)文件(涉及多媒体内容mc)被组织。

为了享受(期望的)流式传输服务(即(所需的)多媒体内容mc从服务器110到客户端105的递送)，客户端105须首先获得与多媒体内容mc相关联的mpd文件。mpd文件可以由服务器110通过使用http、电子邮件或通过类似的数据传输机制递送到客户端105。一旦客户端105已经获得了mpd文件，客户端105可以向服务器110发送用于接收(即，下载)多媒体内容mc的(通常从初始块ck1到最后一个块cki的不同块cki的)片段segi,j的请求。另外，在多媒体内容mc的下载期间，客户端105可以估计可用带宽并请求在mpd内列出的每个块cki的最适合的片段segi,j(就比特数而言)。

根据本发明，在客户端105处实现了速率控制算法。根据本发明的实施例的速率控制算法已经被设计为使得客户端105能够识别要从服务器110(例如通过mpeg-dash标准)下载的多媒体内容mc的(块的)的编码比特率的最合适的选择。速率控制算法有利地利用跨层方法，其中无线通信网络100的osi协议栈层的多个层级的实体彼此交互以便识别要由服务器110提供给客户端105的多媒体内容mc的每个块cki的片段segi,j的最合适的选择。

现在转到图2，它是osi协议栈层的简化功能块示意图，根据本发明的实施例的速率控制算法在osi协议栈层上运行。

在本发明的实施例中，速率控制算法在作为设置在osi协议栈的应用层201处的实体的速率控制算法(rca)功能模块或实体205内实现。rca205被配置为通过考虑从协议栈的其他实体(rca205耦合到所述其他实体)接收到的信息来动态地选择客户端105将向服务器110请求的片段segi,j。

在本发明的实施例中，rca205还与作为设置在应用层201处的实体的服务质量(qos)估计器功能模块或实体210进行交互。rca205还与作为设置在osi协议栈的数据链路层处(优选地在(数据链路层内的)媒体访问控制(mac)层202中)的实体的带宽估计器功能模块或实体215进行交互。最后，rca205还与作为设置在osi协议栈的mac层202处的实体的信道质量估计器功能模块或实体220进行交互。信道质量估计器模块220接收并利用由设置在物理层203处的测量模块或实体225执行的测量(在下文中描述)。

更详细地，qos估计器210被配置为基于传输数据来测量流式传输服务的质量，特别是以在应用层201处的分组丢失率方面表示的向客户端105提供多媒体内容mc的质量。例如，对于客户端105所接收到的每个片段segi,j，qos估计器210测量分组丢失率plr(tr)，其中tr是速率控制算法(如下所述)的迭代开始的迭代时刻(并且1≤r≤r，其中r是正整数)，并且将分组丢失率的移动平均值eplr(tr)估计为：

eplr(tr)＝γ×eplr(tr-1)+(1-γ)×plr(tr)，(1)

其中γ是平滑常数，小于1的正数，优选如0.8，用于计算所考虑的参数的移动平均值。

如此计算的分组丢失率移动平均值eplr(tr)然后被qos估计器210报告给rca205。

带宽估计器215被配置为按给定的时间间隔(如下所述)测量由无线通信网络100指派用于向客户端105的传输(例如，通过为客户端105服务的无线通信网络100的无线电通信站115)的带宽rrx(tr)的量(例如，就每秒的比特，bps而言)。带宽估计器215向rca205提供所测量的被指派带宽rrx(tr)。例如，在时间间隔[tr，tr+1]期间——即在分别于迭代时刻tr和下一个迭代时刻tr+1开始的速率控制算法的两次连续迭代之间——带宽估计器215测量由无线电通信站115指派的以比特/秒表示的所测量的被指派带宽rrx(tr)的量，然后将所测量的被指派带宽rrx(tr)报告给rca205。

信道质量估计器220被配置为利用由在物理层层级203处的测量模块225执行的测量结果来确定由客户端105所体验的信道质量(例如在通过使用单个资源块可实现的最大物理数据速率方面来表示)，并被配置为评估与所测量的信道质量相对应的对应的容许物理数据速率。例如，在无线通信网络100是移动电话网络的情况下，根据3gpplte/lte-a规范，每个移动终端能够估计在每个传输时间间隔(tti)——即其中无线通信网络100能够将ue(例如客户端105)调度用于上行链路(即，从客户端105到无线电通信站115的传输)或下行链路(即，从无线电通信站115到客户端105的传输)传输的最小时间单位——中的下行链路信道质量。

在本发明的实施例中，信道质量估计器220利用由无线电通信站115向客户端105发送的特定参考符号的sinr(信号与干扰加噪声比)的测量(由在物理层层级203处的测量模块225执行)。计算出的sinr然后被映射到ue向无线电通信站115报告的信道质量信息cqi值中。例如，测量模块225测量每个资源块(即，在tti期间分配给诸如客户端105之类的ue的固定一组通信资源元素)的sinr，并通过指数有效sinr映射(eesm)公式来评估有效sinr。然后，使用在信道质量估计器220处可用的块错误率(bler)曲线将每个有效sinr映射到一个相应的cqi值中。

然后，信道质量估计器220基于刚刚确定的cqi值来分别计算客户端105在下行链路传输中能够达到的最大瞬时物理数据速率dmax(ttti)(其中ttti是相应tti的时刻)和物理数据速率的移动平均值dmax(ttti)。例如，在3gppts36.213规范中报告的表7.2.3-1可以用于将获得的cqi值转换成相应的频谱效率值。

表7.2.3-1:4-bitcqi表

然后通过使用以下表达式来计算最大瞬时物理数据速率dmax(ttti)：

dmax(ttti)＝效率×nre×0.9×oh，(2)

其中，nre是专用于所考虑的资源块内的数据(例如，形成片段segi,j的数据)的传输的资源元素re的数量n，oh是考虑到由在osi协议栈中的不同层处添加到每个分组的控制头部而产生的开销的低于一的值(即oh<1)，因子0.9考虑到h-arq协议的重传，其工作点通常是针对第一次传输之后的10％的块错误率(bler)设置的，并且效率是从3gppts36.213的表7.2.3-1中采用的值。

一旦瞬时物理数据速率dmax(ttti)已被计算出，客户端105就能够通过以下等式计算瞬时物理数据速率的移动平均值dmax(ttti)：

dmax(ttti)＝β×dmax(ttti-1)+(1-β)×dmax(ttti)，(3)

其中，β是用于计算所考虑的参数的移动平均值的平滑常数(0和1之间的数，优选设置为0.8)。

随后，物理数据速率dmax(ttti)的移动平均值被信道质量估计器220每tti地报告给rca205。

转到图3，它是根据本发明的实施例的速率控制算法的简化流程图。

基于由qos估计器210、带宽估计器215和信道质量估计器220接收到的信息，rca205确定客户端105从迭代时刻tr开始要从服务器110下载的片段segi,j的容许编码比特率rtx(tr)。特别地，容许编码比特率rtx(tr)对应于在迭代时刻tr期间客户端105可以通过无线通信网络100从服务器110下载的片段segi,j的最大编码质量(即，编码比特率bri,j)(根据资源(诸如被指派用于由无线通信网络100传输多媒体内容mc的资源元素)的数量)。

在本发明的实施例中，片段segi,j的下载和容许编码比特率rtx(tr)的选择优选地以不同的周期在不同的时刻执行。详细地，客户端105每隔与片段持续时间ts(对于同一块cki的片段segi,j基本上是相等的，并且因此可被认为是块cki的持续时间)相对应的时间间隔(即，以第一周期)请求片段segi,j，而客户端105优选地每隔与播出延迟tp(这是从多媒体内容的下载的开始起的时间延迟，所述时间延迟长到足以确保在客户端105开始播放内容之前足够的数据量已经从服务器110传送到客户端105；播出延迟tp优选地比片段持续时间ts高得多(例如3倍或更高)以避免在多媒体内容mc的享受(fruition)期间的中断)相对应的时间间隔(即，以第二周期)计算要从服务器110下载的多媒体内容mc的接下来的块的适当的容许编码比特率rtx(tr)。例如，每个播出延迟tp包括多个片段持续时间ts，或者：

tp＝m×ts，(4)

其中，m是正整数，例如等于或大于3，并且因此每个播出延迟tp是片段持续时间ts的整数倍。

另外，例如在视频类型的多媒体内容mc的情况下，播出延迟tp是m个片段持续时间ts的和，并且每个片段持续时间ts继而是多个表示多媒体内容mc的一个图片组(gop)的持续时间的时间长度tg的和(即，ts＝l×tg，其中l是正整数)。gop由一个i帧和一定数量的p帧和b帧组成。i帧是通过使用帧内技术被编码的，这意味着通过仅考虑与该特定i帧相关的信息来处理压缩。在客户端105侧，i帧的解码不需要对任何附加帧的知识。相反，p帧和b帧是通过使用帧间技术被编码的，这意味着在考虑与该特定p帧或b帧以及属于该gop的其它p帧和b帧相关联的信息的情况下来完成压缩。特别地，通过考虑先前帧来对p帧进行编码；通过考虑先前帧和后续帧这两者来对b帧进行编码。对于p帧和b帧这两者，为了执行解码处理，需要接收在编码过程期间考虑的所有帧。

因此，在本发明的实施例中，被选择用于从服务器110下载的m个连续片段segi,j(片段的组gr)具有同一容许编码比特率rtx(tr)。这确保了由通过客户端105享受多媒体内容mc的最终用户所感知的多媒体内容mc的更好的质量或体验质量(qoe)。事实上，更频繁地切换容许编码比特率rtx(tr)导致具有(通常)不同的编码比特率bri,j的连续片段segi,j，这可被最终用户感知为整体不稳定和/或损坏的多媒体内容mc。

回到图3，最初(框301)，变量i和j被初始化，例如初始化为一(即，i＝j＝1)，并且计数器s被初始化为零(s＝0)。

然后(框305)，客户端105向服务器110请求多媒体内容mc的m个片段segi,j的组gr。

优选地，在初始迭代时间t1，客户端105任意地选择具有多媒体内容mc的对应的m个初始块cki的初始容许编码比特率rtx(t1)的m个片段segi,j的组g1(即，从第一个片段seg1,j到第m个片段segm,j)。例如，根据mpeg-dash标准，客户端105最初选择已经用最低平均编码比特率bri,j编码的m个片段segi,j的第一组g1(被认为是保守方法的过程)。

然后(框310)，qos估计器210和带宽估计器215分别测量分组丢失率eplr(tr)的移动平均值、所测量的被指派带宽rrx(tr)并将其提供给rca205，同时信道质量估计器220将最大瞬时物理数据速率的移动平均值dmax(ttti)提供给rca205(如上所述)。

随后(框315)，速率控制算法检查刚下载的片段组gr的最后下载的块cki是否是整个多媒体内容mc的最后一个块cki(即，i＝i)。在肯定情况下(判定框315的出口分支y)，多媒体内容mc已被客户端105完全接收，并且速率控制算法结束(框320)。

在否定情况下(判定框315的出口分支n)，速率控制算法在时刻tr+1开始下一次迭代(框325)，以便计算针对m个片段segi,j的下一组gr+1的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)。

速率控制算法检查(判定框330)(先前)测量的被指派带宽rrx(tr)是否低于片段segi,j的组gr的(先前选择的)容许编码比特率rtx(tr)，所述容许编码比特率rtx(tr)优选地以速率阈值rth(例如，rth＝95％)被加权，或：

rrx(tr)<rth×rtx(tr)。(5)

速率阈值rth可以基于片段segi,j的实际编码比特率相对于其(平均)编码比特率bri,j的变异性来确定大小。

实际上，由于构成不同块cki的每个片段segi,j的i、p和b帧的(比特)大小之间的差异，因此具有同一(平均)编码比特率bri,j的不同块cki的片段segi,j的实际编码比特率通常在(比特)大小方面彼此不同。

考虑到视频内容的编码数据速率的变异性，rth还可以通过考虑与用相同编码率编码的一组片段segi,j相关联的编码率的变异(variance)来确定大小。

特别地，可以构建针对具有相同(标称)编码比特率bri,j的不同块cki的片段segi,j的实际编码比特率的概率分布，并且速率阈值rth可以基于这种概率分布的方差。

换句话说，速率控制算法检查所测量的被指派带宽rrx(tr)是否能够允许选择具有相对于片段segi,j的前一组gr的更高质量(即，更高的编码比特率bri,j)的下一个片段组gr+1的片段segi,j。

当条件(5)得到满足时(判定框330的出口分支y)，片段segi,j的前一组gr的编码比特率bri,j是以所测量的被指派带宽rrx(tr)可以处理的最大编码比特率bri,j，并且因此，针对片段segi,j的下一个组gr+1的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)被设置(框335)为等于(先前)测量的被指派带宽rrx(tr)，即：

rtx(tr+1)＝rrx(tr)(6)

一旦容许编码比特率rtx(tr+1)已经通过等式(9)被计算出，客户端就在服务器侧可用的那些视频片段当中选择最合适的视频片段，其数据速率等于或略(immediately)小于前面计算的值。

之后，计数器s被复位(即，s＝0；框340)，并且操作返回到框305，以选择具有借助等式(6)确定的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)的片段segi,j的下一个组gr+1。

回到判定框330，如果不等式rrx(tr)<rth×rtx(tr)未得到验证(判定框330的出口分支n)，则速率控制算法进一步检查(判定框345)物理数据速率的下一个移动平均值dmax(tr+1)(即，ttti＝tr+1)是否大于物理数据速率的(先前计算的)移动平均值dmax(tr)(即，ttti＝tr)，以及(前一)分组丢失率移动平均值eplr(tr)是否低于分组丢失率阈值plrth(plrth可以被适当地调整以便实现不涉及不稳定性和/或振荡的算法，即流式传输服务的质量在较低和较高值之间的快速且定期的变化)，或：

dmax(tr+1)>dmax(tr)，且(7)

eplr(tr)<plrth。(8)

换句话说，验证客户端105和服务器110之间的通信质量是否允许选择具有比片段segi,j的(先前下载的)组gr的容许编码比特率rtx(tr)更大的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)的片段segi,j的下一个组gr+1。

在肯定情况下(判定框345的出口分支y)，可以相对于(前一)容许编码比特率rtx(tr)增加下一个容许编码比特率rtx(tr+1)。优选地，可以通过将(前一)容许编码比特率rtx(tr)乘以物理数据速率的下一个移动平均值dmax(tr+1)和物理数据速率的移动平均值dmax(tr)之比n来确定下一个容许编码比特率rtx(tr+1)(框370)，或者说：

一旦容许编码比特率rtx(tr+1)已经通过等式(9)被计算出，客户端就在服务器侧可用的那些视频片段当中选择最合适的视频片段，其数据速率等于或略小于前面计算的值。

之后，计数器s被复位(即，s＝0；框375)，并且操作返回到框305，以选择具有借助等式(9)确定的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)的片段segi,j的下一个组gr+1。

优选地，但不是限制性地，速率控制算法可被配置用于即使在判定框330和判定框345两者都返回否定检查之后也执行用于探索选择具有增加的比特率的片段segi,j的下一个组gr+1的可能性的探测过程，而不是简单地将针对片段segi,j的下一个组gr+1的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)设置为等于(先前)测量的被指派带宽rrx(tr)(即，类似于框335)。

根据所述探测过程的实施例，一旦对判定框345的检查未得到验证(判定框345的出口分支n)，则计数器s被增加(即，s＝s+1；框350)。计数器s对下一个容许编码比特率rtx(tr+1)未被修改的速率控制算法的迭代次数进行计数(或者递增，或者不递减)。

然后，速率控制算法检查(判定框355)计数器s是否等于或高于迭代阈值sth(即，已经选择了片段segi,j的一定数量sth的具有相同编码率的后续组gr，诸如sth＝1或2)并且分组丢失率移动平均值eplr(tr)是否低于分组丢失率阈值plrth，即：

s≥sth，且(10)

eplr(tr)<plrth。(11)

在否定情况下(判定框355的出口分支n)，算法决定关于下一个容许编码比特率不选择具有增加比特率的片段segi,j的下一个组gr+1，下一个编码比特率rtx(tr+1)被设置(步骤380)为等于借助等式(12)确定的编码比特率rtx(tr)：

rtx(tr+1)＝rtx(tr)，(12)

并且操作返回到框305以选择片段segi,j的下一个组gr+1。

在肯定情况下(判定框355的出口分支y)，通过使用等式(13)，针对片段segi,j的下一个组gr+1的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)被设置(框360)为大于在前一次迭代中选择的容许编码比特率rtx(tr)，即：

rtx(tr+1)＝m×rtx(tr)，(13)

其中m(m>1)是设计用于将下一个容许编码比特率rtx(tr+1)增加一步的乘法因子(即，由于多媒体服务器110为每个视频块cj存储用不同的编码数据速率编码的一组片段segi,j，这使得用户105能够选择其编码数据速率立即(immediately)高于在算法的前一次迭代中选择的编码数据速率的视频片段segi,j的组)。

然后，计数器s被复位(即，s＝0；框365)，并且操作返回到框305，以选择具有借助等式(13)确定的下一个容许编码比特率rtx(tr+1)的片段segi,j的下一个组gr+1。

借助根据本发明的实施例的速率控制算法，用户可以(基本上)不断地且完全自动地以由无线通信网络100所允许的最佳编码比特率bri，j享受由服务器110通过无线通信网络100提供给客户端105的多媒体内容mc，同时避免在多媒体内容mc的回放期间的滞后或中断并确保最终用户所感知到的良好的体验质量。