CN101521809B - 数字电视单频网可变长同步信息分布式传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信息技术领域的数字电视单频网可变长同步信息分布式传输方法，步骤为：生成可变长的同步信息包：生成带有巴克码作为包同步头的、经过纠错编码的可变长的同步信息包。添加和抽取同步信息包：将同步信息包在适配器分布式添加到非标准空TS包中，并在同步器抽取出来。获取同步信息包：将同步器抽取出来的同步信息包的比特流和13位巴克码做相关运算找到包头位置，并将包中内容解码后输出。本发明提供了更为灵活的同步信息包格式，同时增加了同步信息出现的频率和同步信息包获取机制的健壮性。

Description

数字电视单频网可变长同步信息分布式传输方法

技术领域

本发明涉及一种信息技术领域的单频网同步信息传输方法，特别是一种数字电视单频网可变长同步信息分布式传输方法。

背景技术

数字电视的单频网广播较传统的多频网广播，最大的优点就是节约频谱，省却了复杂的频谱规划，这点尤其在对覆盖盲区进行补点时表现得非常明显。单频网要求整个广播网络使用同一频率，这在信号覆盖的交叠区就产生了同步的时间同步的要求，因为时间上不同步即有延时的两个或多个信号在覆盖交叠区是难以克服的强多径，所以单频网的同步要求中重要的一环就是时间同步。

进行时间同步的方法，现有技术中，基本上都是采用在适配端对TS流进行时间标记，即记录TS流相对于GPS秒脉冲的系统时钟周期数，这个数值被称为同步时间标戳(STS)。适配器在TS流中添加STS，经过分发链路送到很多同步器中，同步器将STS抽取出来，利用时间同步算法计算本地延时，延时发射信号，以此达到全网同步器同步发射信号的目的。这样在信号交叠区中，信号间的时延大大被减小了，接收机便可以对抗。除了STS之外，单频网控制和同步等还需要其它一些同步信息，这些信息和STS一起被适配器添加到TS流中送到同步器。

同步信息在适配器和同步器之间的传输方法，都是定期使用一个特殊的TS包作为同步信息包，承载同步信息。比如美国的数字电视技术ATSC组建的单频网就是在TS流中定期插入DTxP包，即一种携带STS的同步信息包(具体参见ATSC A/110B Synchronization Standard for Distributed Transmission，Revision B)。欧盟的数字电视技术DVB-T组建单频网也是依靠在TS流中每隔一秒插入MIP这种特殊的TS包来进行同步(具体参见ETSI TS 101 191 V1.4.1Digital Video Broadcasting(DVB)；DVB mega-frame for Single FrequencyNetwork(SFN)synchronization)。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“地面数字电视广播的单频网系统及其实现方法”(专利申请号200410003492.6)，该专利基本沿用了DVB-T单频网同步的思路，即在TS流中每隔一秒加入MIP包，MIP中含有STS，可以进行时间同步。这种使用一个固定的TS包来传递同步信息的技术有两个主要缺点：第一是同步信息不够灵活而限定于TS包的格式，STS只占一个同步信息包的很少的比例，事实上，同步信息包中大部分的数据是填充数据。如果可以自由定义同步信息包的长度而不用考虑TS包格式的限制会更好一点。第二是同步信息出现的不够频繁，在分发信道良好的情况下，同步信息确实可以少出现甚至可只出现一次，但实际情况下，从适配器到同步器的分发信道总会和理想情况存在差异，卫星信道，光纤信道和地面广播无线信道等都可能作为分发信道，这些分发信道的传输性能各有差异，不应按照同样的频率在TS流中加入同步信息包。尤其是当分发信道出现突发性错误的时候，不够频繁的同步信息延长了同步器进入单频网的恢复时间。但是，要想增加同步信息包出现的频率，在使用TS包作为同步信息包的方式下，需要相应的降低适配器到同步器的有效带宽，这又是数字电视广播所不希望看到的。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出了一种数字电视单频网可变长同步信息分布式传输方法，提供了更为灵活的同步信息包格式，同时增加了同步信息出现的频率和同步信息包获取机制的健壮性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括三个步骤：

步骤1：生成可变长的同步信息包：生成带有巴克码作为包同步头的、经过纠错编码的可变长的同步信息包。

步骤2：添加和抽取同步信息包：将同步信息包在适配器分布式添加到非标准空TS包中，并在同步器抽取出来。

步骤3：获取同步信息包：将同步器抽取出来的同步信息包的比特流和13位巴克码做运算找到包头位置，并将包中内容解码后输出。

所述生成可变长的同步信息包，包括以下步骤：

步骤11：获取同步时间标戳，即STS。

步骤12：在STS后面追加单频网所需要的控制信息等可自定义并且长度可变的其它信息，形成同步信息包有效载荷。

步骤13：将同步信息包有效载荷进行纠错编码。纠错编码的编码器对每一个同步信息包有效载荷进行纠错编码要求编码寄存器的状态以全零开始，并以全零结束。这可以通过在同步信息有效载荷的其它信息中后追加附加比特进入编码器编码来实现。

步骤14：将编码后的同步信息包有效载荷前面添加13位的巴克码，形成同步信息包输出。之后返回步骤11获取STS。这里所使用的13位巴克码为：1111100110101。这时的同步信息包的结构按照从包头到包尾的顺序包括：

13位巴克码：1111100110101。

经过纠错编码后的同步信息包有效载荷。

其中未编码之前同步信息包有效载荷按照从包头到包尾的顺序包括：

STS，其他信息，以及为了使纠错编码的编码寄存器在一个有效载荷周期内从全零开始并以全零结束而可能添加的一些附加比特。

所述添加和抽取同步信息包，包括以下步骤：

步骤21：适配器去除TS标准空包。

步骤22：适配器按顺序用同步信息包每个比特替换每个TS包的错误指示位(TS包中第9个比特)。

步骤23：适配器将替换过错误指示位的TS包送入分发链路的调制器。

步骤25：同步器对分发链路的解调器输出的TS流去标准空包。

步骤26：同步器读取TS包内的错误指示位，形成比特流，同时该错误指示位设为0。

所述获取同步信息包，包括以下步骤：

步骤31：从TS包错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码做相关运算。从TS包错误指示位抽取出来的比特流进行相关的13位巴克码和同步信息包包头的13位巴克码一样，都为1111100110101。两次复位之间，不管是否监视到相关峰，从TS包错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码的相关运算一直进行。

步骤32：监视相关峰的出现，如果出现相关峰，则进行下一步操作，如果没有出现相关峰，继续监视相关峰。相关峰的理论数值为13，实际应用中可根据系统的需要和分发信道的误码率进行调整。

步骤33：将巴克码后面抽取的比特流进行纠错编码的相应解码。

步骤34：输出解码后的STS。返回步骤32监视相关峰。

本发明的有益效果是：解决了原有技术中同步信息包格式受TS包限制的问题，同时增加了同步信息出现的频率。13位的巴克码的尖锐的相关峰特性，和让同步信息获取的健壮性大大增强，而不像原有技术中使用特殊的PID确定同步信息包，一旦PID发生错误，则无法识别同步信息或识别错误。本发明利用了TS包结构中固有的错误指示位传递比特流，这个错误指示位会在信道存在无法纠正的误码时被分发链路的解调器置为1，但是这种情况出现的很少，加上使用13位巴克码作为包头识别，和对STS和其他信息组成的有效载荷进行纠错编码保护，使得由于错误指示位被分发链路解调器改变而引起同步信息错误的情况几乎不可能发生。即使发生，这种错误也会由同步器相应的监控机制纠正，付出的代价就是极少数情况下的同步时间和同步恢复时间加长。但是，由于同步信息包的结构可以灵活定义，也就是说可以将同步信息包设置得很短，因此，同步信息出现的频率相比于原来的一秒一次可以得到大幅度增加，因此，即使极少数情况下的同步时间和同步恢复时间由于错误指示位被改变而加长，但是还是会短于原有技术所需要的时间。

附图说明

图1是本发明一般实施的方法总体流程图。

图2是本发明一般实施的方法详细流程图。

图3是本发明一般实施的可变长同步信息包结构。

图4是本发明在ADTB-R SFN中实施例的实现方法框图。

图5是本发明在ADTB-R SFN中实施例的可变长同步信息包结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、2所示，本实施例实施包括三个主要步骤，每个步骤又由几个子步骤构成：

步骤1：生成可变长的同步信息包。这一步又分为以下步骤：

步骤11：获取同步时间标戳，即STS。

步骤12：在STS后面追加单频网所需要的控制信息等可自定义并且长度可变的其它信息，形成同步信息包有效载荷。

步骤13：将同步信息包有效载荷进行纠错编码。纠错编码的编码器对每一个同步信息包有效载荷进行纠错编码要求编码寄存器的状态以全零开始，并以全零结束。这可以通过在同步信息有效载荷的其它信息中后追加附加比特进入编码器编码来实现。

步骤14：将编码后的同步信息包有效载荷前面添加13位的巴克码，形成同步信息包输出。之后返回步骤11获取STS。这里所使用的13位巴克码为：1111100110101。这时的同步信息包的结构如图3所示，按照从包头到包尾的顺序包括：

13位巴克码：1111100110101。

经过纠错编码后的同步信息包有效载荷。

其中未编码之前同步信息包有效载荷按照从包头到包尾的顺序包括：

STS，其他信息，以及为了使纠错编码的编码寄存器在一个有效载荷周期内从全零开始并以全零结束而可能添加的一些附加比特。

步骤2：添加和抽取同步信息包。这一步又分为以下步骤：

步骤21：适配器去除TS标准空包。

步骤22：适配器按顺序用同步信息包每个比特替换每个TS包的错误指示位(TS包中第9个比特)。

步骤23：适配器将替换过错误指示位的TS包送入分发链路的调制器。

步骤25：同步器对分发链路的解调器输出的TS流去标准空包。

步骤26：同步器读取TS包内的错误指示位，形成比特流，同时该错误指示位设为0。

步骤3：获取同步信息包。这一步骤又分为以下步骤：

步骤31：从TS包错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码做相关运算。从TS包错误指示位抽取出来的比特流进行相关的13位巴克码和同步信息包包头的13位巴克码一样，都为1111100110101。两次复位之间，不管是否监视到相关峰，从TS包错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码的相关运算一直进行。

步骤32：监视相关峰的出现，如果出现相关峰，则进行下一步操作，如果没有出现相关峰，继续监视相关峰。相关峰的理论数值为13，实际应用中可根据系统的需要和分发信道的误码率进行调整。

步骤33：将巴克码后面抽取的比特流进行纠错编码的相应解码。

步骤34：输出解码后的STS和其他信息。返回步骤32监视相关峰。

本实施例应用于ADTB-R SFN中作为一种信号同步机制。ADTB-R SFN是一套跟DVB-SFN不同的铁路电视系统，分发链路为卫星链路，其频率同步采用了更加优化的GPS同步算法，并且使用SIP包(包头格式为476015)作为同步信息包进行时间同步，而相邻的SIP包之间相差4160个TS包(SIP包也是一种特殊的TS包)，出现频率大约为一秒一次。

如图4，本实施例在ADTB SFN中的实现方法为，由以下步骤组成：

步骤401：ADTB-R SFN适配器中获得GPS时间。这个时间是以系统时钟周期为单位的整数。表示的是当前TS包发送时刻到上一个秒脉冲之间经过的系统时钟周期数。

步骤402：ADTB-R SFN适配器中根据获得的GPS时间生成25比特的STS，由于ADTB调制方式在低码率工作时的系统时钟频率为28571428Hz，因此GPS时间的最大值是28571427＝0x1B3F723，因此25比特完全可以表示STS。

步骤403：ADTB-R SFN适配器在STS后面追加4比特的单频网全局控制域，格式为：1111表示全局复位，0000表示正常TS流，0001~1110目前预留给ADTB-RSFN将来使用。

步骤404：ADTB-R SFN适配器在单频网全局控制之后追加3个0比特，这是为了让后面要提到的卷积编码器在一个SIP有效载荷的周期内以全零开始并以全零结束。这样未编码的SIP有效载荷的格式如图5所示，按从包头到包尾的顺序为，25比特的STS，4比特的单频网全局控制域，3个0比特，合计32比特。

步骤405：ADTB-R SFN适配器对SIP未编码的有效载荷进行约束长度为3的1/2卷积码编码。

步骤406：ADTB-R SFN适配器在编码后的SIP有效载荷前添加13位巴克码，这里所使用的13位巴克码为：1111100110101。之后返回步骤401获得GPS时间。这样SIP的结构如图4所示，按从包头到包尾的顺序为，13比特的巴克码1111100110101，64比特的编码后的SIP有效载荷，合计77比特。

步骤407：ADTB-R SFN适配器去除TS流中的标准空包。

步骤408：ADTB-R SFN适配器按从包头到包尾的顺序用SIP的每个比特依次替换每个TS包的错误指示位(TS包中第9个比特)。即每77个TS包承载一个SIP。

步骤409：ADTB-R SFN适配器将替换过错误标志为的TS包送入DVB-S调制器调制并经由卫星链路分发到连接ADTB-R SFN同步器的DVB-S接收机中。

步骤411：ADTB-R SFN同步器除去从DVB-S解调器输出的TS流的空包。

步骤411：ADTB-R SFN同步器读取TS包内的错误指示位，形成比特流。同时该错误指示位设为0。

步骤412：ADTB-R SFN同步器将从TS包内的错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码做相关运算。从TS包错误指示位抽取出来的比特流进行相关的13位巴克码和同步信息包包头的13位巴克码一样，都为1111100110101。两次复位之间，不管是否监视到相关峰，从TS包错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码的相关运算一直进行。做13位巴克码相关运算的方法为，对于比特1，按值1进行计算，对比特0，按值-1进行计算，然后这13个数值和输入比特流按比特移位做滑动相关运算。因此，相关运算计算出来的相关峰值应该为13。

步骤413：ADTB-R SFN同步器监视相关峰的出现，如果13位巴克码相关器的输出为大于10的数值，则认为出现相关峰，则进行下一步操作，如果没有出现相关峰，继续监视相关峰。

步骤414：ADTB-R SFN同步器将巴克码后面抽取的比特流进行维特比解码。

步骤415：输出解码后的STS和其他信息。返回步骤413监视相关峰。

ADTB-R SFN使用了实施例以后，同步信息包从原来的188Byte变成了不足10Byte，信息量并没有减少。SIP出现频率从之前的4160个TS包变成了77个TS包一个，大大加快了时间同步初始化和失同步后恢复同步的速度。并且，将来如果有需要，可以任意在4比特的单频网全局控制域之后灵活地加入其他的有效载荷，甚至可以每次发出的SIP具有不同的长度，提高了SIP的灵活性和可扩展性。

Claims (8)

1.一种数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征在于，包括三个步骤：

步骤1：生成可变长的同步信息包：生成带有巴克码作为包同步头的、经过纠错编码的可变长的同步信息包；

步骤2：添加和抽取同步信息包：将同步信息包在适配器分布式添加到非标准空TS包中，并在同步器抽取出来；

步骤3：获取同步信息包：将同步器抽取出来的同步信息包的比特流和13位巴克码做运算找到包头位置，并将包中内容解码后输出；

所述生成可变长的同步信息包，包括以下步骤：

步骤11：获取同步时间标戳，即STS；

步骤12：在STS后面追加单频网所需要的控制信息，形成同步信息包有效载荷，该控制信息为自定义并且长度可变的信息；

步骤13：将同步信息包有效载荷进行纠错编码；

步骤14：将编码后的同步信息包有效载荷前面添加13位的巴克码，形成同步信息包输出，之后返回步骤11获取STS；

所述添加和抽取同步信息包，包括以下步骤：

步骤21：适配器去除TS标准空包；

步骤22：适配器按顺序用同步信息包每个比特替换每个TS包的错误指示位，即TS包中第9个比特；

步骤23：适配器将替换过错误指示位的TS包送入分发链路的调制器；

步骤25：同步器对分发链路的解调器输出的TS流去标准空包；

步骤26：同步器读取TS包内的错误指示位，形成比特流，同时该错误指示位设为0。

2.根据权利要求1所述的数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征是，所述步骤13中，纠错编码的编码器对每一个同步信息包有效载荷进行纠错编码要求编码寄存器的状态以全零开始，并以全零结束，这通过在同步信息有效载荷的信息后追加附加比特进入编码器编码来实现。

3.根据权利要求1所述的数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征是，所述13位巴克码为：1111100110101。

4.根据权利要求1所述的数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征是，所述获取同步信息包，包括以下步骤：

步骤31：从TS包错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码做运算；

步骤32：监视相关峰的出现，如果出现相关峰，则进行下一步操作，如果没有出现相关峰，继续监视相关峰；

步骤33：将巴克码后面抽取的比特流进行纠错编码的相应解码；

步骤34：输出解码后的STS，返回步骤32监视相关峰。

5.根据权利要求4所述的数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征是，所述步骤31中的13位巴克码为1111100110101。

6.根据权利要求1所述的数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征是，所述的同步信息包的包头为13位巴克码，即1111100110101。

7.根据权利要求4或5所述的数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征是，所述步骤31中，两次复位之间，不管是否监视到相关峰，从TS包错误指示位抽取出来的比特流和13位巴克码的运算一直进行。

8.根据权利要求4所述的数字电视单频网可变长同步信息包分布式传输方法，其特征是，所述步骤32中，相关峰的理论数值为13。

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