在无线通信中用于传输不同类型信息的方法和系统 【技术领域】
本发明涉及一种视频信息的传输，更具体地说，涉及一种通过无线通信信道传输未压缩的视频。
背景技术
随着高质量视频的增长，越来越多的电子装置(例如，消费电子装置)利用需要大约1Gbps(千兆比特每秒)的带宽进行传输的高清晰度(HD)视频。这样，当在装置之间传输这种HD视频时，传统传输方法将HD视频压缩成其大小的几分之一以降低需要的传输带宽。随后将压缩的视频解压缩，用于消费。然而，对视频数据的每次压缩以及随后的解压缩，可造成部分数据的丢失以及图像质量的恶化。
【发明内容】
技术问题
高清晰度多媒体接口(HDMI)规范允许经由电缆在装置之间传送未压缩的HD信号。在消费电子制造商开始提供HDMI兼容设备时，还没有能够传输未压缩HD视频信号的适合的无线(例如，射频)技术。当不具有负载未压缩HD信号的带宽并且不提供通过60GHz频带传输未压缩视频的空中接口的若干装置连接时，无线局域网(WLAN)以及类似技术会受到干扰。因此，需要一种用于无线传输未压缩视频信息的方法和系统。
技术方案
本发明提供一种在视频信息的无线通信中传输不同类型信息的方法和系统。通过对于视频、音频、控制和数据信息的无线通信聚集不同类型信息来实现上述方法和系统。示例涉及在通过无线信道进行通信的无线站之间(诸如无线网络中)传输未压缩HD视频信息。
聚集处理包括在无线站之间形成用于传输不同类型信息(例如，音频、视频、控制消息)的复合聚集包。另外，在聚集处理中利用复合确认(ACK)格式。
将不同类型信息聚集到复合包和相应复合ACK包中，增加了无线网络中的传输效率，并且减少了低速率信道中的开销。例如，增加了在将时分双工(TDD)用于协调高速率信道和低速率信道的无线网络中无线HD视频传输的传输效率。
参照下面的描述和附图以及权利要求，本发明的上述和其它特点以及各个方面和优点将可以理解。
【附图说明】
图1示出根据本发明的实施例的通过聚集多种信息类型实现无线站之间的未压缩HD视频传输的无线网络的功能框图。
图2示出应用到图1中的低速率和高速率无线通信信道的TDD调度的示例时序图。
图3示出根据本发明的将不同信息类型聚集到包的示例复合包格式。
图4示出图3中子包的格式的更多细节。
图5示出图4的子包中的信息类型掩模的细节。
图6示出根据本发明的示例复合ACK包的格式。
图7示出根据本发明的对包中的一些信息利用不等差错保护(UEP)的另一示例复合包。
图8示出图7的包中的每个子包的更多细节。
图9‑图10示出根据本发明的使用复合包和复合ACK包在无线网络中发送器和接收器之间进行示例通信处理的流程图。
图11示出根据本发明的实施例的聚集需要等差错保护(EEP)的不同类型信息的复合包格式。
图12示出根据本发明的实施例的聚集需要UEP的单个类型信息的包格式。
图13示出根据本发明的包括实现图9‑10中的处理的发送器和接收器的无线通信系统的示例功能框图。
【具体实施方式】
本发明提供一种用于视频信息的无线通信的聚集不同类型信息的方法和系统，具体地说，涉及通过在无线信道进行通信的无线站之间传输未压缩HD视频信息。
在多种无线通信系统中，帧结构用于发送器和接收器之间的数据传输。例如，IEEE 802.11标准在介质访问控制(MAC)层和物理(PHY)层使用帧聚集。在典型发送器中，MAC层接收MAC服务数据单元(MSDU)，并且将MAC头添加到MSDU上，以构建MAC协议数据单元(MPDU)。MAC头包括诸如源地址(SA)和目的地址(DA)的信息。MPDU是PHY服务数据单元(PSDU)的一部分，并且被传送到发送器中的PHY层以将PHY头(即，PHY前导)添加到其上来构建PHY协议数据单元(PPDU)。PHY头包括用于确定传输方案(包括编码/调制方案)的参数。
通常，将多数可靠的编码/调制方案应用于PHY头中的PHY信号字段，并且添加附加循环冗余校验(CRC)校验以确保在接收器正确地接收到此信息。MSDU中的有效载荷数据和MAC头通常被同等对待，并且使用相同的编码/调制方案来发送MAC头和有效载荷数据，所述编码/调制方案的稳健性比用于PHY头中的PHY信号字段的编码/调制方案弱。此外，在将PPDU作为包从发送器传输到接收器之前，将前导添加到PPDU，其中，所述前导包括信道估计和同步信息。
在一个实施例中，根据本发明的聚集处理包括在无线站之间形成用于传输音频、视频和控制消息等的复合聚集包。另外，在聚集处理中使用复合ACK格式以减少低速率信道中的开销。聚集处理提高了无线网络中无线HD视频传输的传输效率，其中，在所述无线网络中，TDD用于协调高速率信道和低速率信道。
图1示出根据本发明的实施例的在无线站之间实现未压缩HD视频传输的无线网络10的功能框图。网络10包括协调器12(诸如无线HD(WiHD)协调器)和多个无线站14(例如，Dev1、...、DevN)。协调器12和站14利用低速率信道16(图1中的虚线)和高速率信道18(图1中的粗实线)来在它们之间进行通信。
在此示例中，协调器12是在WLAN类型的家庭无线网络环境中的例如HDTV机中实现的视频和/或音频数据接收装置。协调器不需要与发送器或接收器绑定，并且协调器还可以是视频源或视频接收装置。这样，协调器可以在站中实现或者独立实现。
每个站14包括能够作为未压缩视频或音频的源的装置。每个装置的示例可以是机顶盒、DVD播放器等。站14还可以是音频接收装置。
协调器12使用低速率信道16和高速率信道18与站14进行通信。每个站14使用低速率信道16与其它站14进行通信。高速率信道18仅支持使用例如几Gb/s带宽的单向单播传输，以支持未压缩HD视频。低速率信道16能够支持例如以最大40Mbps(兆比特每秒)吞吐量的双向传输。低速率信道16主要用于发送控制帧，诸如ACK帧。
如通过图2中的示例时序图所示，将TDD调度应用于低速率信道16和高速率信道18，从而在任何时间，不能将低速率信道16和高速率信道18并行地用于传输。在图2中，在通过高速率信道18传输视频包、音频和控制信息当中，通过低速率信道16传输信标和ACK帧。
对于相同的信息量，通过高速率信道18的传输持续时间比通过低速率信道16的传输持续时间短很多。因此，只要包能够通过高速率信道18传输，就应该利用高速率信道18，而不要通过低速率信道16，以实现高的系统吞吐量。
然而，由于高速率信道18仅可支持单向单播传输，因此在双向传输中使用低速率信道16是必要的。例如，在通过高速率信道18将视频包从站14发送到协调器12之后，应通过低速率信道16将ACK包从协调器12发送回所述站14。由于低速率信道16和高速率信道18之间的切换需要转换期，因此由于在信道切换期间不能发送数据而导致频率信道切换浪费带宽并且使网络吞吐量降低。
为了减少由于通过不同信道对不同类型信息进行通信的信道切换引起的带宽浪费，在本发明的一个实施例中利用复合WiHD包格式，所述复合WiHD包格式指定不同类型信息(诸如视频、音频、数据、控制消息等)的聚集。相同类型的信息可被放置在不同子包中以提供更加稳健的传输。
图3示出示例复合WiHD包格式20，包括PHY前导22、MAC头24和多个子包26(即，子包1、...、子包n)。每个子包26包括子头28、有效载荷29和循环冗余校验(CRC)30。MAC头24包括内容长度字段32，所述内容长度字段32包括子包的数量字段34和与多个子包26相应的多个子包的长度字段36(即，子包1的长度、...、子包n的长度)。
复合包20包括子包和信息类型位置/长度信息，诸如在此描述的字段32、34、36和28，以允许接收器使用这种子包和信息类型位置/长度信息，用于在复合包20内定位和检索不同信息类型。
内容长度字段32被添加到MAC头24，并且对子包的数量字段34使用一个字节来指示包20中的子包26的数量。内容长度字段32对于每个子包的长度字段36使用两个字节来指示每个子包26的长度。
图4示出图3中的子包26的格式的更多细节。位于子包26的开始的子头28包括子包索引28A、信息类型掩模28B和一个或多个类型的长度字段28C。此外，有效载荷字段29包括一个或多个类型的有效载荷字段28D。
在此示例中，子包索引28A是指示包20内的子包26的序号的1字节字段。此外，信息类型掩模28B(在图5中更加详细地示出)是1字节字段，基于其中的比特设置来指示不同信息类型。例如，如果在信息类型掩模28B中信息类型比特被设置为“1”，则：(1)在子头26中存在该类型的相应的类型的长度字段28C，(2)在子包有效载荷29中存在该信息类型的类型的信息有效载荷字段28D。
如果在信息类型掩模28B中信息类型比特被设置为“0”，则在子包26中不存在该信息类型的任何字段28C、28D。在子头28中类型的长度字段28C的次序(顺序)(即，类型i的长度、类型k的长度、...、类型m的长度)与信息类型掩模28B中相应信息类型比特中的次序(顺序)相同。类似地，有效载荷字段29中的类型的有效载荷字段28D的次序(顺序)(即，类型i的有效载荷、类型k的有效载荷、...、类型m的有效载荷)与信息类型掩模28B中相应信息类型比特中的次序(顺序)相同，并且与子头28中相应的类型的长度字段28C的次序(顺序)(即，类型i的长度、类型k的长度、...、类型m的长度)相同。
如所示，图5示出子包26的信息类型掩模28B的细节，所述信息类型掩模28B包括：控制比特40、音频比特42、数据比特44、视频比特46、波束跟踪(Beam‑Track)比特48、其它比特50和两个保留比特52。当比特42、44、46、48和50中的每一个被设置(即，设置为“1”)时，比特42、44、46、48和50中的每一个指示该类型的信息存在于子包26的有效载荷29中。
发送器站14或协调器12可产生在每个子包26中包括用于有效载荷的CRC值的这样的复合包20，接着将该复合包20发送到接收站14。如果未压缩视频数据包括在复合包中，则通过高速率信道18发送该包20，如果未压缩视频数据没有包括在复合包中，则可通过低速率信道16发送该包20。对于不同信息类型发送一个复合包20，而不是对于不同信息类型发送不同包，减少了传输开销。
在接收复合包20之后，接收站14使用复合包20中的包和子包字段信息(例如，字段32、34、36、28(图3))，以在复合包20内定位和检索包括子包26的有效载荷29的不同信息类型。接收站14还使用与每个子包26相应的CRC信息30来进行对于每个子包26的有效载荷29的CRC校验。接着站14基于CRC校验形成图6所示的复合ACK包60，并且通过低速率信道16将复合ACK包60发送到发送器。
如图6所示，复合ACK包60(与复合包20相应)包括：PHY前导62、MAC头64和ACK有效载荷66，所述ACK有效载荷66包括用于ACK有效载荷66的CRC字段68。MAC头64包括ACK长度字段70，指示在ACK包60的有效载荷66中确认的子包26的数量。ACK有效载荷66还包括用于子包字段72的多个确认，每个确认提供对于接收的复合包20中的子包26的ACK。发送包括不同信息类型的用于确认复合包20的一个复合ACK包60，而不是发送用于不同信息类型的不同ACK包，减少了通过低速率信道16的传输开销。
图7示出当UEP应用于包中的一些信息时复合WiHD包80的另一示例性格式。包80包括：PHY前导82、MAC头84和多个子包86。与图3的复合包20相比，在复合包80(图7)中，已经将所有子包子头28从有效载荷29移到MAC头84中的子头字段88中，以简化UEP操作。MAC头84还包括UEP偏移字段89，指示包80中的UEP的偏移。UEP的偏移指示UEP处理开始的位置。图8还示出包80的每个子包86的细节，其中，每个子包86包括有效载荷29和相应CRC值30，从而有效载荷29包括图4所示的多个类型的有效载荷字段28D。
图9和图10分别示出根据本发明的在网络10中无线发送器(例如，协调器12、站14)和无线接收器(例如，站14，协调器12)的示例通信处理90的流程图。通信处理使用WiHD复合包20(或80)和复合ACK包60，用于实现不同类型信息的聚集。通信处理90和91包括下面的步骤：
发送器步骤(图9)：
步骤92：获得将发送的信息。这种信息可包括例如音频、视频、控制消息(例如，用户控制命令、诸如TV节目切换等)。
步骤94：使用获得的信息形成WiHD复合包。
步骤96：将WiHD复合包发送到接收器(通过低速率信道16或高速率信道18)。
步骤98：等待来自接收器的复合ACK包。在接收之后，发送器对每个子包检查ACK比特，其中，如果该比特为指示错误的“0”，则如果时间允许发送器就重新发送子包。
接收器步骤(图10)：
步骤100：等待来自发送器的WiHD复合包。
步骤102：从发送器接收WiHD复合包。
步骤104：对WiHD复合包的每个子包执行CRC校验。使具有成功CRC校验(即，没有错误)的子包通过以使在步骤110被传送到高层。
步骤106：基于步骤104的CRC校验形成复合ACK包，指示错误地接收的子包。
步骤108：通过低速率信道16将复合ACK包发送到发送器，从而完成包20的处理。
步骤110：将接收的子包信息(例如，音频、视频、控制)传送到高层。在一个示例中，接收器使用复合包20中的包和子包字段信息(例如，字段32、34、36、28)，以在复合包20内定位和检索包括在接收的子包26的有效载荷29中的不同信息类型(例如，音频、视频、控制)，并且将检索的信息提供给接收器中的高层以用于消费和/或进一步处理。
图11示出另一示例复合包帧格式120，仅聚集需要EEP的不同类型信息(诸如控制、音频和数据等)。对于单个类型的信息，使用图12所示的示例包格式130分别打包诸如需要UEP的视频(例如，需要UEP的未压缩视频)的信息。包130是图7中的包80的变形，包130中的MAC头132包括UEP偏移89和内容长度字段32。用于每个子包86的有效载荷29用于相同类型的信息(例如，未压缩视频)。
图13示出根据本发明的无线通信系统200的示例功能框图，所述无线通信系统200包括作为协调器12(图1)的接入点(AP)202和作为实现图9‑图10中的通信处理的接收器装置14(图1)的至少一个站(STA)202。
AP 202包括物理(PHY)层206和介质访问控制(MAC)层208。PHY层206实现通过信道传输数据的IEEE 802.11通信标准。MAC层208包括复合包聚集器212和重发送器210，复合包聚集器212和重发送器210一起实现图9的步骤。这样，复合包聚集器产生用于传输到STA 204的复合包20，并且重发送器210基于来自STA 204的ACK包重新发送信息。
STA 204包括与AP 202的PHY层206相应的PHY层214。每个STA 204还包括MAC层216，所述MAC层216包括复合ACK产生器217和错误恢复模块218，复合ACK产生器217和错误恢复模块218一起实现图10中的步骤。这样，错误恢复模块218检查接收的复合包20的CRC以查错，复合ACK产生器217相应于AP 202的传输产生复合ACK包。错误恢复模块还使用复合包20中的包和子包字段信息(例如，字段32、34、36、28)，以在复合包20内定位和检索包括在正确接收的子包26的有效载荷29中的不同信息类型(例如，音频、视频、控制)，并且将检索的信息提供给接收器中的高层以用于消费和/或进一步处理。此外，错误恢复模块可使用包20中的UEP和EEP信息，用于错误检测/恢复。
尽管在图13中，在MAC层中实现模块210、214、217和218，但是本领域技术人员将认识到，模块210、214、217和218中的一个或多个能够以不同软件、硬件、固件层实现。此外，尽管在图13的描述中，分别显示了STA和AP，但是STA和AP的每一个是能够在诸如WLAN的无线通信系统中通过无线信道发送和/或接收的一种类型的无线通信站。因此，在此的无线通信站可用作发送器、接收器、启动器和/或响应器。那么AP可用作发送器、接收器、启动器和/或响应器。类似地，STA可用作发送器、接收器、启动器和/或响应器。
产业上的可利用性
如本领域技术人员所知，上面根据本发明描述的示例架构能够以多种方式实现，诸如由处理器执行的程序指令、逻辑电路、应用特定集成电路、固件等。已经参照本发明的特定优选方案相当详细地描述了本发明；然而，其它方案也是可行的。因此，权利要求的精神和范围不限于在此包含的优选版本的描述。