CN102710386A - 一种气象预警信息处理的信道编码系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统，其特征在于：所述信道编码系统包括提高数据的纠错能力的RS信道编码模块、提高系统纠错性能的卷积交织编码模块以及保证编码后的数据传输速率恒定的码率控制模块，所述码率控制模块通过采取周期性插入空包的方法使得编码后数据传输速率恒定，经RS编码模块后进入的卷积交织编码模块，再进入码率控制模块，码率控制模块通过插入空包返回RS编码模块。本发明数据在传输时具有一定的抗干扰能力，在解码端有具有96字节的纠错能力，并且信息覆盖面较广，有利于气象预警信息业务的可靠传输。

Description

一种气象预警信息处理的信道编码系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种信道编码系统，属于信道编码领域，具体来说特别涉及一种基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统及其工作方法。

背景技术

现有技术中，尽管灾害预警信息的发布渠道很多，但总体来讲还仍然存在着传输时效差、信息覆盖面有限、受各种制约条件限制等问题。数字音频广播（DAB）(Digital Audio Broadcasting)系统具有信息发布速度快、覆盖广、易于推广的特点。但是，目前基于DAB的预警发布系统发送和广播方式单一，而DMB是以DAB为基础发展起来的，它不仅可以传输声音和文本，而且可传输视频。针对DMB的上述优点，结合预警信息传输系统的特殊应用，本发明提出了基于DMB气象预警信息信道编码系统。本系统处理后的音视频气象预警信息数据传输时具有很强的抗干扰性，并且在接收到有一定的纠错能力，信息覆盖面较广，有利于气象预警信息业务的可靠传输。

发明内容

本发明正是针对现有技术中音视频预警信息不可靠传输的技术问题提供了一种基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统，其特征在于：所述信道编码系统包括提高数据的纠错能力的RS信道编码模块、提高系统纠错性能的卷积交织编码模块以及保证编码后的数据传输速率恒定的码率控制模块，所述码率控制模块通过采取周期性插入空包的方法使得编码后数据传输速率恒定，经RS编码模块后进入的卷积交织编码模块，再进入码率控制模块，码率控制模块通过插入空包返回RS编码模块。

作为本发明的一种改进，所述RS信道编码模块采用RS(204,188)编码，其数据包长为L=204字节，其中有16个校验字节，可以消除码字中8字节的干扰。

作为本发明的一种改进，所述卷积交织编码模块选择交织深度为I=12的编码。因此，在解码器端中可以纠正的错误字节长度为8*12=96字节，从而使整个系统的纠错能力大大提高。

本发明的另一技术方案为，一种基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤，

（1）提高数据的纠错能力的RS信道编码步骤，

（2）提高系统纠错性能的卷积交织编码步骤，

（3）保证编码后的数据传输速率恒定的码率控制步骤，码率控制步骤中通过插入空包的方法返回步骤（1）RS信道编码步骤。

作为本发明的一种改进，所述RS信道编码步骤中，RS编码采用RS(204,188)编码，其数据包长为L=204字节，其中有16个校验字节，可以消除码字中8字节的干扰，因此本系统的RS编码即是在TS包中增加16个校验字节，因此，RS信道编码生成的多项式为

      （1）

域产生多项式为：

        

                      （2）

若待编码的信息多项式为：

        

               （3）

则编码后的码为：

               （4）

其中

对应于188字节的数据部分，对应于16字节校验部分。

作为本发明的一种改进，所述卷积交织编码步骤中采用交织深度为I=12的编码，因此，在解码器端中可以纠正的连续错误字节长度为8*12=96字节，从而使整个系统的纠错能力大大提高，其具体步骤如下：

 Step1：初始化num和交织后数据存放数组inl_code[L]，

Step2：申请内存空间，由于交织深度为I，且每个待交织的数据包为L，因此，分配L*I字节的内存空间interleaver_buf，

Step3：存放数据，把待交织的数据包存入interleaver_buf内存空间，地址为interleaver_buf + L*num，

Step4：进行交织深度为I的卷积交织，inl_code数据的第一位为待交织数据包的第一位同步字节0X47；inl_code数组的后面的字节依次为interleaver_buf中的I个数据包中的字节即inl_code[i+j*I]=interleaver_buf[i+j*I+k*L]，

Step5：输出交织完成后的数组inl_code[L]，并修改num的值：

                  （5）

Step6：判断是否有下一个带交织的数据包，如果有执行Step3进行卷积交织编码，如果没有表明完成全部数据包的卷积交织编码，结束程序。

作为本发明的一种改进，所述码率控制步骤中采用周期性插入空包的方法进行码率控制。码率控制模块是对整个系统的码率进行控制，使整个系统的传输码率达到需要的bitrate=384kbps码率，该单元采用插入空包的方法进行码率控制，由于空包不属于任何类型的数据（音频、视频等实体），是一个未声明的特殊的传输包。因此，可以使用空包填充来确保恒定的输出码率。

相对于现有技术，本发明的基于DMB预警信息的信道编码系统，是针对DMB传输系统设计的信道编码，因此，编码后数据传输具有恒定码率，数据适合在DMB系统中传输；由于对预警信息进行了RS编码和卷积交织编码，因此，其数据在传输时具有一定的抗干扰能力，在解码端有具有96字节的纠错能力，并且信息覆盖面较广，有利于气象预警信息业务的可靠传输。

附图说明

图1为本发明整体的结构框图；

图2为卷积编码的流程图；

图3为码率控制流程图；

图4为输出码流结构图。

实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图1—4对本发明的技术方案进行详细说明，

如图1所示的基于DMB预警信息的信道编码系统包括RS信道编码模块、卷积交织编码模块和码率控制模块。其中， RS编码模块是为了提高数据的纠错能力，采用此编码可以消除通信过程中的一定字节数的干扰；卷积交织编码模块可以将时域上出现的连续性错误分散到多个包中，提高解码端的纠错能力；码率控制模块是采用定期插入空包的方法使编码后的数据传输速率恒定，达到DMB传输系统的要求。

气象预警信息语音播报内容由六部分组成，分别是：发布部门、发布单位、发布时间、警报类型、预警级别和影响区域。其中发布部门、发布单位、发布时间、影响区域的数据长度都不恒定，采集的时间是不定的。预警级别有4个级别：红色预警、橙色预警、黄色预警、蓝色预警，警报类型分事故灾难、自然灾害、公共卫生、社会安全和非上述四类的所有信息。

一份典型的音频气象预警信息播报内容如：北京市气象局2010年12月25日17 时00分发布的大雾橙色预警，受影响区域为东城区、西城区、崇文区、宣武区、朝阳区、丰台区、石景山区、海淀区。灾害受影响区域中心位置：北纬39度57分6秒，东经116度19分12秒，发布半径100公里。播报这则预警信息约需要40秒，采集这则音频信息采样频率为48 kHz，量化等级为16位。

气象预警视频信息主要录制的是警报类型画面及受影响区域现状等。预警视频信息采集的帧率为25 fps，分辨率为320*240像素。

然后将气象音、视频预警信息按一定的算法合成为TS码流的送入该系统的输入模块，送入本系统进行编码。目的是提高气象预警音视频信息的传输可靠性。

本系统采用RS编码和卷积交织联合作用，提高码流的纠错能力，从而提高其传输可靠性。每个音视频预警信息TS包经RS编码后变成204字节，其中16字节为纠错码，可以纠正TS包中8个字节的错误。经RS编码后的数据包送入卷积交织编码器，交织深度12，通过卷积交织，可将信息在信道传输过程时域上可能出现的连续的错误分散到多个数据包中，在解码时由于每个数据包都有8字节的纠错能力，因此经该系统编码后在解码器端中可以纠正的连续错误字节长度为8*12=96字节。

由于音频和视频预警信息在编码时每一帧数据的大小不一致，从而导致编码后的数据包在发送过程中码率会出现不稳定问题，因此，需要对编码后的数据包进行码率控制，使其输出能稳定在需要的码率上。

(一)RS信道编码及工作方法

信道编码的目的是为了提高数据传输的可靠性，根据ETSI TS 102428标准要求采用RS（Reed-Solomon code）编码和外部卷积交织技术对TS流信息进行编码。

RS编码是为了提高数据的纠错能力。本系统采用RS(204,188)编码，它的数据包长为L=204字节，其中有16个校验字节，可以消除码字中8字节的干扰。因此本系统的RS编码即是在TS包中增加16个校验字节。

因此，本系统RS编码的生成多项式为：

     （4）

域产生多项式为：

        

                          （5）

若待编码的信息多项式为：

        

                 （6）

则编码后的码为：

                  （7）

其中

对应于188字节的数据部分，

对应于16字节校验部分。

（二）卷积交织编码及工作方法

卷积交织编码的目的是为了提高系统的纠错性能。通过卷积交织，可将时域上出现的连续性错误分散到多个TS包中，并在解码时分别由RS码予以纠正。本系统采用交织深度为I=12的卷积交织编码，因此，在解码器端中可以纠正的连续错误字节长度为8*12=96字节，从而使整个系统的纠错能力大大提高。本系统中卷积编码的软件实现的流程图如图2示，其交织过程如下所述：

Step1：初始化num和交织后数据存放数组inl_code[L]。

Step2：申请内存空间。由于交织深度为I，且每个待交织的数据包为L，因此，分配L*I字节的内存空间interleaver_buf。

Step3：存放数据。把待交织的数据包存入interleaver_buf内存空间，地址为interleaver_buf + L*num。

Step4：进行交织深度为I的卷积交织。inl_code数据的第一位为待交织数据包的第一位同步字节0X47；inl_code数组的后面的字节依次为interleaver_buf中的I个数据包中的字节即inl_code[i+j*I]=interleaver_buf[i+j*I+k*L]。

Step5：输出交织完成后的数组inl_code[L]，并修改num的值：

。

Step6：判断是否有下一个带交织的数据包。如果有执行Step3进行卷积交织编码，如果没有表明完成全部数据包的卷积交织编码，结束程序。

（三）码率控制及其工作方法

参见图3、图4，码率控制模块是对整个系统的码率进行控制，使整个系统的传输码率达到需要的bitrate=384kbps码率。该单元采用插入空包的方法进行码率控制，空包是PID=0X1FF的TS包，除了TS包头外，其有效净荷用0X00来填充。由于空包不属于任何类型的数据（音频、视频等实体），是一个未声明的特殊的传输包。因此，可以使用空包填充来确保恒定的输出码率。

本系统采取定时检测的方式进行码率控制，即每隔960ms进行一次码率检测，若检测出的码率低于bitrate就插入一定数量空包控制其输出码率。因此，首先确定需要的码率为bitrate，检测周期T为960 ms，假设一个检测周期内发送ts_num个TS包，则码率br为：

        （8）

其中，L为传输数据包的大小，本系统中数据包大小为204字节，ts_num为一个检测周期内已传输的数据包的个数，因此可得到一个TS包在960 ms内的码率为1.7 kbit/s。所以设需要传输的空包数量为n。那么需要插入空包数为：

                      （9）

最后将插入的n个TS空包送入RS编码和卷积交织编码模块进行编码后发送。其插入空包的流程图如图3示。编码后的码流结构图如图4所示。

Claims (9)

1.一种基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统，其特征在于：所述信道编码系统包括提高数据的纠错能力的RS信道编码模块、提高系统纠错性能的卷积交织编码模块以及保证编码后的数据传输速率恒定的码率控制模块，所述码率控制模块通过采取周期性插入空包的方法使得编码后数据传输速率恒定，经RS编码模块后进入的卷积交织编码模块，再进入码率控制模块，码率控制模块通过插入空包返回RS编码模块。

2.根据权利要求1所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统，其特征在于：所述RS信道编码模块采用RS(204,188)编码，其数据包长为L=204字节，其中有16个校验字节。

3.根据权利要求1所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统，其特征在于：卷积交织编码模块选择交织深度为I=12的编码。

4.一种基于权利要求1至3任意所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤，

（1）提高数据的纠错能力的RS信道编码步骤，

（2）提高系统纠错性能的卷积交织编码步骤，

（3）保证编码后的数据传输速率恒定的码率控制步骤，码率控制步骤中通过插入空包的方法返回步骤（1）RS信道编码步骤。

5.根据权利要求4所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统的工作方法，其特征在于：所述RS信道编码步骤中，RS编码采用RS(204,188)编码，其数据包长为L=204字节，其中有16个校验字节。

6.根据权利要求5所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统的工作方法，其特征在于：所述RS信道编码生成的多项式为

      （1）

域产生多项式为：

        

                      （2）

若待编码的信息多项式为：

                       （3）

则编码后的码为：

               （4）

其中

对应于188字节的数据部分，

对应于16字节校验部分。

7.根据权利要求4所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统的工作方法，其特征在于：所述卷积交织编码步骤中采用交织深度为I=12的编码，具体步骤如下：

 Step1：初始化num和交织后数据存放数组inl_code[L]，

Step2：申请内存空间，由于交织深度为I，且每个待交织的数据包为L，因此，分配L*I字节的内存空间interleaver_buf，

Step3：存放数据，把待交织的数据包存入interleaver_buf内存空间，地址为interleaver_buf + L*num，

Step4：进行交织深度为I的卷积交织，inl_code数据的第一位为待交织数据包的第一位同步字节0X47；inl_code数组的后面的字节依次为interleaver_buf中的I个数据包中的字节即inl_code[i+j*I]=interleaver_buf[i+j*I+k*L]，

Step5：输出交织完成后的数组inl_code[L]，并修改num的值：

                  （5）

Step6：判断是否有下一个带交织的数据包，如果有执行Step3进行卷积交织编码，如果没有表明完成全部数据包的卷积交织编码，结束程序。

8.根据权利要求4所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统的工作方法，其特征在于：所述码率控制步骤中采用周期性插入空包的方法进行码率控制。

9.根据权利要求8所述的基于码率控制的DMB气象预警信息处理的信道编码系统的工作方法，其特征在于：所述码率控制步骤中采取定时检测的方式进行码率控制，即每隔960ms进行一次码率检测，若检测出的码率低于bitrate就插入一定数量空包控制其输出码率。

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