CN101453463A

CN101453463A - 一种移动多媒体广播系统的数据包封装、发送和接收方法

Info

Publication number: CN101453463A
Application number: CNA2007101965115A
Authority: CN
Inventors: 方源立; 朱晓光; 王标; 晏祥彪
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: CN101453463B

Abstract

一种移动多媒体广播系统的数据包封装方法、发送和接收方法，封装方法包含如下步骤：A：将复用包标识符封装在无线广播复用头的起始位置；B：根据待发送的网络层数据包生成编码系统信息，并将其封装在无线广播复用头中；C：将所述待发送的网络层数据包封装在所述无线广播复用头之后生成无线广播复用包；所述编码系统信息包含所述待发送网络层数据包的长度及环境标识符；所述无线广播复用头中包含所述网络层数据包的类型标识；所述网络层数据包类型包含：压缩IP数据包，FULL_HEADER包。采用本发明的数据包封装、发送和接收方法，可提高压缩IP数据包和会话环境数据包在无线广播系统中传输的可靠性和容错性能。

Description

一种移动多媒体广播系统的数据包封装、发送和接收方法

技术领域

本发明涉及一种移动多媒体广播的数据包封装、发送和接收方法。

背景技术

近年来，数字无线移动多媒体广播技术和标准发展迅速，例如欧洲的DVB-H(Digital Video Broadcast Handheld，数字视频广播手持式接收)、美国的MediaFLO(Media Forward Link Only，媒体单一前向链路)和中国的CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting，移动多媒体广播)等。

移动多媒体广播系统可以为移动终端用户提供视频和音频服务，同时也可以提供多种数据广播业务，如基于文件下载模式的视频片段文件，MP3(MPEG Audio Layer 3，运动图像专家组音频层3)歌曲，基于实时数据流的业务，如交通信息，以及各种基于IP(Internet Protocol，互联网协议)的业务。

CMMB移动多媒体广播采用时分方式发送多媒体广播服务，其广播信道帧的持续时间为1秒，由40个25毫秒时隙组成。服务数据通过复用的方式承载在一个或者多个时隙上。

图1为各种业务数据在移动多媒体广播前端系统中被复用后传输的示意图。如图1所示，视频编码、音频编码、数据、电子业务指南、用户管理信息、控制信息等各种业务数据要经过复用和调制等信道处理操作后才能承载在时隙化的信道上进行发送。

在CMMB终端开发中，为了充分利用现有移动终端的操作系统资源、加快终端业务的开发，需要采用将IP数据包直接复用到时隙上的方法，这样可以最有效地利用CMMB物理层信道带宽资源。例如，对于实时的音视频业务数据，可以采用RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)/UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)/IP的方式承载；也就是说，在发送业务数据时，将业务分割并封装成RTP包，并将RTP包进一步封装成UDP包，然后将UDP包封装为IP包后发送。

根据现有的RTP、UDP和IP协议，一个承载了音视频业务数据的IP包，其包含RTP头、UDP头和IP头的组合头的开销在40字节左右，组合头开销较大，且其中很多信息是不变的。这就存在了对RTP头、UDP头和IP头分别进行压缩或对其中的任意组合进行压缩的必要性和可能性。

针对这一需求，国际标准组织IETF(Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组)提出了一系列的IP头压缩协议，如RFC(RequestFor Comment，请求注解)2507，RFC 2508，RFC 2509等(下文中统称为RFC IP头压缩协议)。

上述RFC IP头压缩协议的基本思想是，在发送端(压缩器)和接收端(解压器)共同维护一个会话环境表，会话环境表中可包含多个会话环境。每一个会话环境由IP数据包流的IP源地址和目的地址，UDP源端口和目的端口，以及RTP的SSRC(Synchronization source，同步源)字段定义。每个会话环境由一个8位或16位的环境标识符(Context IDentifier，简称CID)标识，未压缩和压缩的IP包都必须携带环境标识符和一个4位的用来检测IP包通信中丢失的顺序号。解压器根据CID查找会话环境表，恢复(解压缩)被压缩的IP包头。

按照RFC 2508等RFC IP头压缩协议进行IP包压缩时，为了建立和维护上述会话环境表，以实现IP包的压缩，需要由发送端发送多种特殊类型的非IP包(可以统称为会话环境数据包)，例如：

FULL_HEADER包(完整头会话环境数据包)：用于传送未压缩IP头和任何用来在解压方为特定环境建立未压缩头状态的后续头和数据。FULL_HEADER包也携带了8或16位的会话环境标识符和4位的顺序号用来建立双方的同步。

COMPRESSED_UDP包(UDP压缩会话环境数据包)：用于传送压缩到6字节或更少字节(当禁用UDP校验和时通常为2字节)的IP和UDP头，后面是任何未压缩形式的后续头(可能为RTP头)和数据。当RTP头的常量字段有所不同时才使用该类型的数据包。RTP包头包括一个会变化的SSRC字段值，可以使用该类型的数据包重新定义会话环境。

COMPRESSED_RTP包(RTP压缩会话环境数据包)：用于表示RTP头和IP及UDP头一起压缩。该头的大小可以是2个字节，或者当需要传送变化时更多一些。当二次差分值(至少在通常的常量字段)为0时使用该类型的数据包。它包括delta(德耳塔)编码，以便能在未压缩RTP头发送后并当发生改变时对于那些变化字段建立一次差分队列。

除上述数据包外，还有COMPRESSED_NON_TCP包(非TCP(TransferControl Protocol，传输控制协议)会话环境数据包)等。

关于IP头压缩的其它数据包类型，以及压缩、解压缩算法的细节请参考相关协议文档。

由上可知，采用IP协议对业务数据进行封装并发送给接收端不仅可以充分利用接收端现有的IP协议栈等系统软件及应用软件资源，还可以充分利用成熟的IP相关协议(如上述IP头压缩协议)对数据的传输进行优化。

但是，将IP数据包(包括压缩IP包和未压缩IP包)以及上述会话环境数据包直接复用到时隙在CMMB广播信道上进行传输会有以下两方面的问题：

一方面，IP数据包以及上述会话环境数据包不是定长的，而且没有与数据部分存在明显区别的包头标识，接收端很难准确识别IP数据包的开始；

另一方面，由于CMMB广播信道是单向无线传输信道，无线信道条件比较复杂，有可能存在较高误码率，接收端有可能接收到错误的数据。

由于存在上述两方面的问题，如果在IP数据包的传输过程中，一个IP数据包的包头部分出现错误，尤其是其中的长度字段出现错误，将会导致终端接收到的后续所有复用数据的混乱，可能无法解析出后续的IP数据包。同样，如果上述会话环境数据包出现错误，可能将导致接收端长时间无法正确地进行数据包接收及IP头的解压缩。

也就是说，将现有的IP数据包封装和复用方法，以及IP头压缩、解压缩方法应用于无线广播信道时存在容错性能低，可靠性差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提出一种应用于无线广播系统，容错性能和可靠性高的数据包封装、发送和接收方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种移动多媒体广播系统的数据包封装方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

A：将复用包标识符封装在无线广播复用头的起始位置；

B：根据待发送的网络层数据包生成编码系统信息，并将其封装在无线广播复用头中；

C：将所述待发送的网络层数据包封装在所述无线广播复用头之后生成无线广播复用包；

所述编码系统信息包含所述待发送网络层数据包的长度及环境标识符；所述无线广播复用头中包含所述网络层数据包的类型标识；所述网络层数据包类型包含：压缩IP数据包，FULL_HEADER包。

此外，所述编码系统信息还包含：标识所述待发送的网络层数据包中是否封装了RTP数据包的RTP包标志。

此外，在所述步骤B和C之间还包含如下步骤：采用Turbo编码或LDPC编码或卷积码算法对所述编码系统信息进行编码生成编码校验信息；将该编码校验信息封装在所述无线广播复用头中。

此外，所述网络层数据包类型还包含：COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP包，COMPRESSED_NON_TCP包。

此外，使用所述复用包标识符作为所述网络层数据包的类型标识；或将所述网络层数据包的类型标识包含在所述编码系统信息中。

本发明还提供一种移动多媒体广播系统的数据包发送方法，其特征在于，移动多媒体广播系统的发送端根据待发送的网络层数据包生成编码系统信息，并将其封装在无线广播复用头中，将所述待发送的网络层数据包在所述无线广播复用头之后通过移动多媒体广播系统的信道发送；

所述无线广播复用头包含：用于标识所述无线广播复用包起始位置的复用包标识符，编码系统信息；所述编码系统信息包含：所述待发送网络层数据包的长度及环境标识符；所述无线广播复用头中包含所述网络层数据包的类型标识；所述网络层数据包类型包含：压缩IP数据包，FULL_HEADER包。

此外，生成所述编码系统信息之后，采用Turbo编码或LDPC编码或卷积码算法对所述编码系统信息进行编码生成编码校验信息，将所述编码校验信息包含在所述无线广播复用头中发送。

本发明还提供一种移动多媒体广播系统的数据包接收方法，其特征在于，移动多媒体广播系统的接收端根据无线广播复用头中包含的复用包标识符识别并接收无线广播复用头后，获取其中包含的编码系统信息，从编码系统信息中获取网络层数据包的长度，接收相应长度的网络层数据包；并根据网络层数据包的类型及编码系统信息中包含的环境标识符，解压缩网络层数据包，或使用网络层数据包生成或更新所述环境标识符对应的会话环境表；

所述网络层数据包的类型包含：压缩IP数据包，FULL_HEADER包。

此外，所述无线广播复用头中还包含：采用Turbo编码或LDPC编码或卷积码算法对所述编码系统信息进行编码所生成的编码校验信息；接收所述无线广播复用头后，该方法还包含如下步骤：根据所述编码校验信息对所述编码系统信息进行校验，若校验错误则对所述编码系统信息进行数据恢复。

此外，接收所述网络层数据包后，该方法还包含如下步骤：根据所述编码系统信息对网络层数据包的正确性进行校验及恢复。

此外，所述网络层数据包的类型还包含：COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP包，COMPRESSED_NON_TCP包。

此外，使用所述复用包标识符识别所述网络层数据包的类型；或使用所述编码系统信息中包含的类型标识识别所述网络层数据包的类型。

由上可知，采用本发明的数据包封装、发送和接收方法，可提高压缩IP数据包、FULL_HEADER包、COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP等会话环境数据包在无线广播系统中传输的可靠性和容错性能。

附图说明

图1为各种业务数据在移动多媒体广播前端系统中被复用后传输的示意图；

图2是本发明实施例移动多媒体广播的数据包封装结构示意图；

图3为本发明实施例移动多媒体广播数据包的发送方法流程图；

图4为本发明实施例移动多媒体广播数据包的接收方法流程图。

具体实施方式

本发明的基本思路是，对压缩IP数据包(即对IP头、UDP头、RTP头中的一个或多个进行压缩的IP数据包)以及各种由发送端(压缩器)向接收端(解压器)发送的会话环境数据包进行封装，增加包含新的标识符的复用头，并通过对压缩IP数据包、及各种会话环境数据包中重要的编码系统信息进行编码保护，增强其在CMMB广播信道上复用后传输的容错性能。

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

图2是本发明实施例移动多媒体广播的数据包封装结构示意图。

如图2所示，本发明在待发送的压缩IP数据包，和FULL_HEADER包、COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP等会话环境数据包之前增加了无线广播复用头，将其封装成无线广播复用包。

下文中，将压缩IP数据包，和FULL_HEADER包、COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP等会话环境数据包统称为网络层数据包。

无线广播复用头包含：复用包标识符(简称标识符)、数据包编码信息。

复用包标识符长度大于或等于1字节，用于标识该无线广播复用包中所封装的不同类型的网络层数据包，例如：

压缩IP数据包的复用包标识符为：A3B2B2A3；

FULL_HEADER包的复用包标识符为：D5E2E2D5；

COMPRESSED_UDP包的复用包标识符为：A1B2B2A1；

COMPRESSED_RTP包的复用包标识符为：C3D2D2C3；

COMPRESSED_NON_TCP包的复用包标识符为：C5D6D6C5。

数据包编码信息中包含网络层数据包中的编码系统信息；该编码系统信息从压缩IP数据包或会话环境数据包中提取出，并包含在无线广播复用头中，以增加信息的冗余，提高容错性能。

本实施例中，数据包编码信息中包含：编码系统信息和编码校验信息。其中，编码系统信息中包含：数据包长度，环境标识符(CID)，RTP包标志。

数据包长度表示该无线广播复用包所封装的网络层数据包(包括：压缩IP数据包，各种会话环境数据包)的长度。

环境标识符(CID)为该无线广播复用包所封装的网络层数据包中所包含的环境标识符；接收端使用环境标识符创建和维护会话环境，并根据该标识符获取解压IP头所需的必要信息。

RTP包标志用于标识该压缩IP数据包、或会话环境数据包中是否封装了RTP数据包；使用该信息，接收端可获取该网络层数据包中所包含的RTP数据包提交给相应的流媒体播放程序。此外，由于RTP数据包中封装的数据通常为流媒体播放程序所需的数据，少量RTP数据包出现错误或丢失不会对流媒体播放造成很大的影响。

除了上述字段外，编码系统信息还可包含压缩IP数据包或会话环境数据包中的其它关键信息。

编码校验信息是对编码系统信息进行编码后所生成的校验信息，用于对编码系统信息提供校验和冗余信息。使用编码校验信息可对编码系统信息进行校验，以检测编码系统信息的正确性；且在出现数据传输错误时，使用编码校验信息对编码系统信息进行恢复处理。

常用的编码算法包括：Turbo编码，LDPC(Low Density Parity Check，低密度奇偶校验)编码，卷积码(Convolutional Code)等。

以上描述了本发明的移动多媒体广播的数据包封装结构。对于无线广播复用包中所封装的压缩IP数据包、会话环境数据包的具体结构可参考相关的RFC IP头压缩协议文档。

图3为本发明实施例移动多媒体广播数据包的发送方法流程图。如图3所示，该方法包含如下步骤：

101：发送端按照RFC IP头压缩协议生成网络层数据包；

网络层数据包包含：压缩IP数据包，和FULL_HEADER包、COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP等会话环境数据包。

压缩IP数据包和会话环境数据包的具体生成方法可参考相关的IP头压缩协议文档。

102：发送端从待发送的网络层数据包中提取编码系统信息；

本实施例中，编码系统信息包含：数据包长度，环境标识符(CID)，RTP包标志。

103：对上述编码系统信息进行编码，生成编码校验信息；

上述编码算法可采用：Turbo编码，LDPC编码，卷积码等。

104：将复用包标识符、和由编码系统信息和编码校验信息组成的数据包编码信息合并生成无线广播复用头；

本实施例中，上述复用包标识符根据网络层数据包的不同类型分为：

A3B2B2A3：表示压缩IP数据包；

D5E2E2D5：表示FULL_HEADER包；

A1B2B2A1：表示COMPRESSED_UDP包；

C3D2D2C3：表示COMPRESSED_RTP包；

C5D6D6C5：表示COMPRESSED_NON_TCP包。

105：将上述无线广播复用头放置在所述网络层数据包之前生成无线广播复用包，并通过复用的方式承载在一个或者多个时隙上通过无线广播信道进行发送。

图4为本发明实施例移动多媒体广播数据包的接收方法流程图。如图4所示，该方法包含如下步骤：

201：接收端通过复用包标识符识别出无线广播复用包以及其中封装的网络层数据包的类型，并接收完整的无线广播复用头；

网络层数据包的类型为：压缩IP数据包、FULL_HEADER包、COMPRESSED_NON_TCP包、COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP包中的一种。

202：获取无线广播复用头中包含的数据包编码信息，根据数据包编码信息中包含的编码校验信息对编码系统信息进行校验；若校验错误则对编码系统信息进行数据恢复；

上述校验算法采用与选用的编码算法：Turbo编码，LDPC编码，卷积码等相对应的算法。

203：从编码系统信息中获取数据包长度，该数据包长度为后续的网络层数据包的长度；

204：根据网络层数据包的长度接收网络层数据包，将网络层数据包中包含的编码系统信息与无线广播复用头中包含的编码系统信息进行比较，验证网络层数据包的正确性；

205：若网络层数据包中的编码系统信息与无线广播复用头中包含的编码系统信息不一致，采用无线广播复用头中包含的编码系统信息对原始网络层数据包进行恢复；

206：获取编码系统信息中包含的环境标识符，并根据网络层数据包的类型进行解压缩或会话环境更新；

若网络层数据包为压缩IP数据包，则使用环境标识符从接收端保存的会话环境表中获取相应的IP头解压缩信息，对压缩IP数据包进行解压缩；

若网络层数据包为FULL_HEADER包、COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP等会话环境数据包，则根据环境标识符及会话环境数据包中包含的信息生成或更新相应的会话环境表。

上述解压缩方法、及会话环境表的生成和更新的方法可参考相关的RFCIP头压缩协议文档。

需要注意的是，由于CMMB广播信道为单向信道，因此不使用RFC2507，RFC 2508，RFC 2509等协议中需要由解压器(接收端)向压缩器(发送端)发送的会话环境数据包。

基于本发明的基本原理，上述实施例还可以进行多种变换，例如：

上述实施例通过复用包标识符来标识不同的网络层数据包，在其它实施例中，也可以对不同的网络层数据包使用相同的复用包标识符，并通过在编码系统信息中添加新的字段来区分不同的网络层数据包，以便使用编码校验信息对网络层数据包的类型进行保护。

Claims

1、一种移动多媒体广播系统的数据包封装方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：

A：将复用包标识符封装在无线广播复用头的起始位置；

2、如权利要求1所述的移动多媒体广播系统的数据包封装方法，其特征在于，所述编码系统信息还包含：标识所述待发送的网络层数据包中是否封装了RTP数据包的RTP包标志。

3、如权利要求1所述的移动多媒体广播系统的数据包封装方法，其特征在于，在所述步骤B和C之间还包含如下步骤：采用Turbo编码或LDPC编码或卷积码算法对所述编码系统信息进行编码生成编码校验信息；将该编码校验信息封装在所述无线广播复用头中。

4、如权利要求1所述的移动多媒体广播系统的数据包封装方法，其特征在于，所述网络层数据包类型还包含：COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP色，COMPRESSED_NON_TCP色。

5、如权利要求1所述的移动多媒体广播系统的数据包封装方法，其特征在于，使用所述复用包标识符作为所述网络层数据包的类型标识；或将所述网络层数据包的类型标识包含在所述编码系统信息中。

6、一种移动多媒体广播系统的数据包发送方法，其特征在于，移动多媒体广播系统的发送端根据待发送的网络层数据包生成编码系统信息，并将其封装在无线广播复用头中，将所述待发送的网络层数据包在所述无线广播复用头之后通过移动多媒体广播系统的信道发送；

7、如权利要求6所述的移动多媒体广播系统的数据包发送方法，其特征在于，所述编码系统信息还包含：标识所述待发送的网络层数据包中是否封装了RTP数据包的RTP包标志。

8、如权利要求6所述的移动多媒体广播系统的数据包发送方法，其特征在于，生成所述编码系统信息之后，采用Turbo编码或LDPC编码或卷积码算法对所述编码系统信息进行编码生成编码校验信息，将所述编码校验信息包含在所述无线广播复用头中发送。

9、如权利要求6所述的移动多媒体广播系统的数据包发送方法，其特征在于，所述网络层数据包类型还包含：COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP包，COMPRESSED_NON_TCP包。

10、如权利要求6所述的移动多媒体广播系统的数据包发送方法，其特征在于，使用所述复用包标识符作为所述网络层数据包的类型标识；或将所述网络层数据包的类型标识包含在所述编码系统信息中。

11、一种移动多媒体广播系统的数据包接收方法，其特征在于，移动多媒体广播系统的接收端根据无线广播复用头中包含的复用包标识符识别并接收无线广播复用头后，获取其中包含的编码系统信息，从编码系统信息中获取网络层数据包的长度，接收相应长度的网络层数据包；并根据网络层数据包的类型及编码系统信息中包含的环境标识符，解压缩网络层数据包，或使用网络层数据包生成或更新所述环境标识符对应的会话环境表；

所述网络层数据包的类型包含：压缩IP数据包，FULL_HEADER包。

12、如权利要求11所述的移动多媒体广播系统的数据包接收方法，其特征在于，所述无线广播复用头中还包含：采用Turbo编码或LDPC编码或卷积码算法对所述编码系统信息进行编码所生成的编码校验信息；接收所述无线广播复用头后，该方法还包含如下步骤：根据所述编码校验信息对所述编码系统信息进行校验，若校验错误则对所述编码系统信息进行数据恢复。

13、如权利要求11所述的移动多媒体广播系统的数据包接收方法，其特征在于，接收所述网络层数据包后，该方法还包含如下步骤：根据所述编码系统信息对网络层数据包的正确性进行校验及恢复。

14、如权利要求11所述的移动多媒体广播系统的数据包接收方法，其特征在于，所述网络层数据包的类型还包含：COMPRESSED_UDP包、COMPRESSED_RTP包，COMPRESSED_NON_TCP包。

15、如权利要求11所述的移动多媒体广播系统的数据包接收方法，其特征在于，使用所述复用包标识符识别所述网络层数据包的类型；或使用所述编码系统信息中包含的类型标识识别所述网络层数据包的类型。