具有实时视频服务的移动无线电通讯系统 本发明涉及数字移动通讯系统如通用分组无线业务(GPRS)、GSM演变的增强数据率(EDGE)和通用移动通讯系统(UMTS)。这些系统被开发来除了语音用户以外还适用于数据用户。
在这些系统例如GPRS/EDGE中，在7层协议堆栈的链路层，应用数据包被分为固定大小、还包括标题的无线电链路控制(RLC)块。然后RLC块分配到占据GPRS/EDGE系统的一个时隙的短脉冲串中。
在1999年1月的ETSI Tdoc SMG2 WPA127/99,WPB003/99的“用于EGPRS的基于链路质量控制建议的两个短脉冲串”中，主要的通讯公司同意对于通用数据的方案。在这个方案中，有几个调制和编码方案的组合。标题格式、信道编码和交错技术在不同的方案中是不同的。
视频数据流与其他数据流具有不同的特性。在视频中，比特率是可变化的。虽然速率控制器可以用于在某一时间间隔中稳定平均比特率，但是在每一帧或图像块中产生的位的数量明显地改变。另外，参数的误差敏感度和这些参数内的特定位主要取决于位流上下文。
同时，视频位流中地参数具有可变长度代码。这会引起失去同步。这意味着单个位误差可能等效于误差短脉冲串。现有交错方案的使用扩大了视频位流内的误差，引起更多的损坏。
本发明的目的是提供一种用于编码视频数据流以允许它们通过移动通讯系统有效地传输的方法和设备。
在本发明的通讯系统中，提供实时视频数据服务的方法由定义多个可应用于视频数据的信道编码率的步骤来表征，所述多个包括一个1/1编码率，选择所述速率中的一个并且将它应用到视频数据中，以及经过链路传送编码的视频数据到视频接收机。
同时，根据本发明，移动无线电通讯系统包括一个核心网络，至少一个支持节点、至少一个无线电网络控制器以及至少一个移动台，系统被安排对所述移动台提供实时视频服务，其特征在于所述系统被安排选择多个信道编码率中的一个，所述多个包括一个1/1的速率，应用所述选择的速率到视频信号，以及提供编码的信号到所述移动台。
仅仅参照附图，借助于例子说明本发明，其中：
图1是移动通讯系统大的方案说明；
图2说明7层协议堆栈；
图3a说明下行链路标题；
图3b说明上行链路标题；
图4a和图4b说明用于透明的下行链路和上行链路编码模式的RLC/MAC格式；
图4c到图4e说明用于下行链路编码的三种其他模式的RLC/MAC格式；以及
图5说明对于透明模式的交错和映射。
在图1的GPRS系统10中，具有到终端设备(TE)14如膝上式计算机的有线连接R、调制解调器、摄像机等的移动台(MS)12经过无线电接口Um连接到无线电网络控制器(RNC)16。RNC16经过无线电接口Iu-ps连接到增强的网关GPRS支持节点(E-GGSN)17并且经过E-GGSN连接到增强的服务GPRS支持节点(E-SGSN)18。E-GGSN经过接口Gi连接到中间网关19并且随后连接到公共交换电话网(PSTN)20，同时还连接到多媒体互联网络协议(IP)网络21。
RNC16传送信号到移动台20所在的小区。RNC16和MS20之间的通讯通过图2的7层协议堆栈来控制。最低层22包括GSM射频层，也称为物理层。第二个最低层24是无线电链路控制/媒体访问控制RLC/MAC层，逻辑链路层(LLC)26位于该层上。较高的层28与本发明无关。
图1的系统和图2的协议堆栈是标准安排的，然而，被改变以允许实现本发明的区域用阴影示出。
图3a说明与本发明视频数据流一起使用的RLC/MAC标题。该标题包括三个字段：上行链路状态标记(USF)30；中间流识别(TFI)32；以及编码方案(CS)34。
USF为3位长而TFI为7位长。它们都在ETSI,EN301 349,GSM4.60版本6.3.0,1994-04中定义。
本发明的标题与现有技术标准标题的比较表明它实际上在长度上较短。最后的块指示或序列计数器已经去除。通过使用视频位流中的序列结束(EOS)代码可以获得这个功能。
在从MS12到BTS18的上行链路中，不需要USF30，在图3b中说明上行链路标题。它包括TFI字段32’和CS字段34’。
CS字段34规定了视频有效负荷的信道编码率。提供四种选择，即
CS 编码率
00 1/1
01 2/3
10 1/2
11 1/3
当CS是00时，不进行信道编码，这称为透明模式。在这个模式中，视频数据完全没有通过信道编码方案来保护。当传播条件良好时可以使用这种模式。
现在更详细地描述相应于四种编码率的四种模式。
在图4说明的透明模式RLC/MAC格式中，存在八个挪用位38，它们用于指示有效负荷包括视频数据。在USF30中，应用一个(36,3)块码并且在相应的块40中有36位。TFI32和CS34组合在标题块H中；除了九个标题位以外，有三个尾位；应用一个(1/3,4)卷积编码，标题块42具有36位。视频有效负荷VP在它的块44中具有1312位。整个块长度是1392位。
图4b示出用于透明模式上行链路的RLC/MAC格式。有八个挪用位50。标题H46具有9位用于TFI和CS再加上3个尾位。应用一个(1/3,4)卷积编码并且块52具有36位。视频有效负荷VP48具有传送到块54的1312位。称为时间分集(TD)块的另一个块56具有36位，总的块长度为1392位。块56的36位允许应用时间分集，以及由虚线TD指示的标题46的重复。这种重复可以减少误差，除非在不能进行纠错时块52、块56损坏。
图4c、图4d和图4e仅说明用于其他三个CS代码的RLC/MAC下行链路格式。相同的编码方案用于相应的上行链路。
在图4c中，CS字段等于01并且编码率2/3，在块60中也是8个挪用位。一个(36,3)块代码应用于3位USF，在块62中有36位。9位的标题H也具有附加的3个尾位；应用一个(1/3,4)卷积编码并且块64具有36位。视频有效负荷(VP)具有432位加上6个尾位。用穿孔2位来应用一个(1/3,7)卷积编码，在块66中给出1312位。在图4d中，CS字段等于10和编码率1/2，块70、72和74类似于图4c中的块60、62和64。视频有效负荷VP是650位加上6个尾位。用穿孔656位应用一个(1/3,7)卷积编码，给出一个1312位的块76。
在图4e中，CS字段等于11并且编码率1/3，块80、82、84类似于块60、62、64。视频有效负荷VP是868位并且有6个尾位。用穿孔1310位来应用一个(1/3,7)卷积编码，给出一个1312位的块86。
用于视频数据的比特率如下：
编码率 视频比特率
(kbps)
1/1 65.6
2/3 43.4
1/2 32.5
1/3 21.6
透明模式允许用高于已经可能的比特率的视频比特率在通讯系统中传送。
通过图1的TE14中的视频编码器将四个CS中选择的一个应用于视频数据流。视频编码器实现它自己的误差防止方案，这些方案自然适应于视频。事实上，图2的RLC/MAC层24是透明的，信道编码在物理层22中完成。信道编码额外开销将继续存在于所有网络部分中。然而，因为主要的带宽限制是在空中接口，所以最好优化MS12和RNC16之间的效率。这样，可以根据视频的服务质量或信道条件由视频编码器选择编码率。例如，如果信道非常不好，则选择较大功率的信道编码方案。
从图4c到图4e将很清楚经历信道编码的RLC块的所有位如常规应用在EDGE系统中一样也已经被交错并且映射到四个短脉冲串。然而，在图4a和图4b的透明模式中的有效负荷完全不交错。
一个选择是当通过透明模式发送视频数据时禁止使用标准EDGE交错器。EDGE交错器位于图1的MS12的物理层。然而，这对于现有的移动台是不实际的或不可能的。
建议了另一种本发明方法。有效负荷被首先去交错以去除EDGE交错器中随后的交错处理。在图5中说明了这种安排。块38的挪用位和标题块42如实线所示被交错到四个短脉冲串90、92、94、96中每一个。然而，视频有效负荷44被分为四部分A、B、C、D并且如虚线所示一个部分提供到一个短脉冲串。这样，部分A提供到短脉冲串90，部分B提供到短脉冲串92等，即A、B、C、D中的各个部分按次序映射到短脉冲串90、92、94、96。
本发明的优点是RLC块标题比常规的安排得小，使得视频有效负荷容量增加。更重要的是当使用透明模式并且在应用层完成信道保护时，通过非选择的1/3卷积编码提供的相同级别的保护可以在低于1/2的速率上获得。可以使用可利用的额外容量来改进出现误差时的复原能力或视频质量或两者都改进。
尽管相对于移动通讯系统描述了本发明，但当提供实时视频服务时也可以在固定的分组交换通讯网络中得到应用。