CN110995395B

CN110995395B - 一种用于dmb文件传输的信道编码方法

Info

Publication number: CN110995395B
Application number: CN201911228528.3A
Authority: CN
Inventors: 张红升; 刘禹; 陈涛; 王国裕
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: CN110995395A

Abstract

本发明涉及一种用于DMB文件传输的信道编码方法，属于数字多媒体广播领域。该方法包括：编码过程：首先将待传输数据进行改进的TPEG编码；然后将经过改进的TPEG编码后的数据依次经过RS编码、数据交织和LDPC编码；再经过OFDM调制后发送至信道传输；译码过程：将从信道接收的编码后的数据依次经过OFDM解调、LDPC译码、解交织、RS译码和TPEG译码，最后得到接收数据的译码结果，从而计算出误码率。本发明能够支持大文件的传输，根据传输的文件类型和信号强度选择不同的编码方式，并且能够支持对终端的简单管理。并且使用RS和LDPC级联作为其纠错码，提高纠错性能增加编码增益。

Description

一种用于DMB文件传输的信道编码方法

技术领域

本发明属于数字多媒体广播领域，涉及一种用于DMB文件传输的信道编码方法。

背景技术

数字多媒体广播(Digital Multimedia Broadcasting,DMB)可以传输文字、图像、音视频等业务，具有节省频谱资源、发射功率低、信息量大和CD音质等优点。DMB作为通用多媒体信息传输技术，可以广泛用于各行各业，如学校的管理和电教、宣传，景区信息宣传和公共安全提示等，DMB在社区、学校等单位中逐步普及。DMB信息发布系统由发射机和接收机组成。通过喇叭接收音频、LED点阵屏接收文字信息、LCD屏接收图片和视屏节目，这些信息接收终端丰富了信息的内容与表现形式，是单位文化建设的一个新途径。在LED屏上发布公共信息，终端一般是固定不动的，或者移动速度比较小的。有时候，需要能够对终端进行控制，如定时播放，更新软件等等。现在的DMB信息发布系统不支持这部分内容。

在LED屏上发布公共信息是DMB的一个重要应用，这些公共信息通常是图片和视频。对于信息的发布，DMB中有两种传输模式，流模式和包模式，流模式主要用于传输实时音频和视频。这种模式的主要思想是，将整个文件划分为很多独立的片段，这些片段之间是独立的，即每个片段是可以独立解码的，如MP2格式，在采样率48000，16位量化，双声道的情况下，一帧是384个字节，包含了2ms的音频信息，这些音频信息可以独立解码。包模式则是用于传输文件类型，文件类型的特点是需要先将整个文件接收完毕，然后再进行解码。DMB协议中，对于包模式，使用TPEG格式进行编码，这个编码方式的特点是，每次读取80个字节，然后在这80个字节前后加上一些辅助信息，用于表示当前帧的一些信息。传统的DMB广播的TPEG编码使用开始、结束标志位来表示一个文件的开始和结束，然后使用2byte的循环码来表示文件的序号，这种方式不适合传输大文件，因为只要其中一帧出错了，就会影响整个接收。

随着多媒体技术的发展，图片和视频的分辨率越来越高，文件大小越来越大。假设在文件的接收过程中，每一帧出错的概率是固定的，帧之间出错的概率是独立的，则传输文件的大小越大，传输过程中发生错误的可能性就越大。在DMB协议中，使用TPEG格式作为其编码方式，使用1byte的起始标志，1byte的结束标志位，加上2byte的循环索引位，来记录文件的接收进度。从这种编码方式可知，一旦中间发生了错误，无法知道具体接收的进度，后面的接收就无法进行，进而导致整个文件的接收失败，并且，已经成功接收的文件片段也没有办法缓存，因为没有提供对应的文件名。DMB之所以这样设计，是出于实时性的考虑，因为在广播的应用场景中，节目一般是不会重复的。从中可以看出，在DMB协议中，传输文件都采用同样一种纠错编码。由于不同的文件类型对错误的容忍度不同，并且对于某些文件，文件的不同部分对错误的容忍度也不同。使用固定的编码方式，不够灵活。

但对于公共信息的发布，它的特点是，发布的内容通常是几个图片视频的循环播放，所以，对实时性的要求不高，但对于图片和视频的清晰度有较高的要求。对于这种需求，传统的DMB编码并不适合，因为在实际场景中测试得知，对于大于1M的文件，使用128bps的码率，在-35dbm的情况下，DMB接收机基本上无法正确的接收。这主要是因为，单次接收很难一次成功，虽然发送的文件是重复的，但由于无法对上一次接收到的文件片段进行有效存储，所以尽管循环多次，还是相当于单次接收。

对于能够成功接收的文件，如果使用实时更新的策略，更新时间较长，如果对已接收到的文件进行缓存，固定时间间隔播放，则可能出现由于某一个文件接收出现错误，接收端的播放顺序和发射顺序不同的问题。

文件的类型不同，对错误的容忍度也不同，如果对不同的文件类型都使用同一种编码方案，对错误容忍度高的文件类型可能过保护了，可以降低保护等级以提高传输速度。而对于错误容忍度低的文件类型，可以提高保护等级以提高其可靠性。并且，对于某些文件类型，文件中不同的部分对错误的容忍度也不同，如JPEG格式，JPEG文件分为文件头和数据部分，其中文件头包含了文件的编码信息，如果这部分信息出错，那么整个图片无法解析，而如果数据部分出错，图片可以正常解析，但是数据部分的错误会导致图片的部分显示错误。现有的DMB协议的包模式对于不同的文件类型都采用同一种编码方式，这种方式没有考虑文件本身的编码特点，灵活性比较低。

结合以上现状，目前亟需一种新信道编码方法来解决DMB文件传输信道中的各种问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于DMB文件传输的信道编码方法，支持大文件的传输，根据传输的文件类型和信号强度选择不同的编码方式，并且能够支持对终端的简单管理。其次，实现DMB包模式下对每一帧的独立解码和缓存，并且使用RS和LDPC级联作为其纠错码，提高纠错性能增加编码增益。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于DMB文件传输的信道编码方法，具体包括：编码过程和译码过程；

所述编码过程具体为：首先，将待传输数据进行改进的TPEG编码；然后，将经过改进的TPEG编码后的数据依次经过RS编码、数据交织和LDPC编码；最后，再经过OFDM调制后发送至信道传输。

所述译码过程和所述编码过程顺序相反，将从信道接收的编码后的数据依次经过OFDM解调、LDPC译码、解交织、RS译码和TPEG译码，最后得到接收数据的译码结果，从而计算出误码率。

进一步，所述编码过程中，改进的TPEG格式包括：4bit文件类型、4bit保护等级、3byte同步字、3byte索引、3byte总长度、4byte文件名、80byte数据和2byte CRC。

进一步，所述RS码和LDPC码级联作为数据纠错码，并且RS的编码长度和LDPC的码率和码长都是可变的。

进一步，RS码作为外码，LDPC作为内码；RS使用RS(112,96)、RS(120,96)，RS(128,96)或RS(136,96)，LDPC码选用IEEE 802.16e标准中LDPC码，码率为1/2、2/3，3/4或5/6，码长根据RS编码的长度和LDPC码的码率选取IEEE 802.16e标准定义的码长中最接近的码长。

进一步，所述编码方法在DMB透明通道中进行传输的编译码过程为：

S1：发送端选择待传输文件；

S2：选择保护等级；

S3：信道编码，生成对应的文件；

S4：通过透明传输通道发送文件；

S5：接收端接收文件，根据帧同步，读取帧头信息，读取一帧数据；

S6：根据保护等级对读取的一帧数据进行解码；

S7：缓存解码后的一帧数据；

S8：文件接收完成，并在显示终端上显示。

进一步，在传输过程中，传输一个纯文本的播放控制文件；该控制文件和数据文件在相同的MSC通道进行传输，并且该控制文件在每个数据文件传输之间都会进行一次或多次传输；该控制文件由多个文本行组成，每个文本行对应一个命令，命令的具体格式为：command[options][arguments]；每个命令对应一种操作，接收端解析命令，然后执行对应的操作。

本发明的有益效果在于：本发明针对在DMB在LED屏上发布公共信息的应用场景，设计了一种新的DMB编码方案，自定义了DMB的TPEG编码方式，使得能够对DMB的每一个TPEG包进行独立的解码和缓存。然后使用RS码和LDPC码作为其纠错码，能够提高编码增益，并且可以针对不同的文件类型和不同的信号强度，调整纠错编码方案，提高了信息传输的效率。最后，对于发射端无法对终端进行控制的问题，设计了一种命令控制文件。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为DMB系统结构图；

图2为本发明所述编码方法的流程框图；

图3为改进后的TPEG编码格式；

图4为本发明所述编码方法在DMB透明传输通道协议中的编译码流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1～图4，DMB系统结构图如图1所示，在DMB发射系统中各路音频、视频等内容经过信道编码后复用在一起，形成了DMB主业务通道数据流MSC，而配置信息和GPS时间信息等经过信道编码后形成快速业务通道FIC，两种通道合成在一起成为DMB传输帧，传输帧经过OFDM调制、上变频和滤波放大器后转变成射频信号发射。在DMB接收端是基于重庆邮电大学开发的DMB基带解码芯片ID200而设计的，接收模块将DMB信号通过RF芯片从高频降为中频，中频信号经过模数转换后送入ID200中，完成信道解码和解复用，得到主业务通道数据流和快速业务通道数据流，主业务通道数据流经过ID200解码出要输出的语音信号，该信号通过数模转换和放大后，可通过喇叭进行播放；数据流经过解码模块，数据通常为图片或视频，然后经过LED驱动器，在LED屏上显示图片或视频。

如图2所示，本发明优选的一种实施例，一种用于DMB文件传输的信道编码方法，包括：编码过程和译码过程；其中，编码过程具体为：首先，将待传输数据进行改进的TPEG编码；然后，将经过改进的TPEG编码后的数据依次经过RS编码、数据交织和LDPC编码；最后，再经过OFDM调制后发送至信道传输。译码过程和所述编码过程顺序相反，将从信道接收的编码后的数据依次经过OFDM解调、LDPC译码、解交织、RS译码和TPEG译码，最后得到接收数据的译码结果，从而计算出误码率。

其中，对传统TPEG格式进行了修改，修改后的格式如图3所示。TPEG包含有记录文件名、文件的总大小、文件的偏移、文件类型、文件的保护等级，这样可以对每一帧单独解码并且单独缓存。其中，传输的文件名是该文件名的MD5值，然后加上文件大小、文件类型构成的一个新的文件名，这样可以减少文件名的大小，并且尽可能减少冲突。每一个保护等级对应一种编码方式，前两个bit对应四种RS编码方式，后两个bit对应四种LDPC编码方式，一共支持16种编码方式；文件类型也是4bit，最多支持16种文件格式。

另外，使用RS和LDPC级联码作为其纠错码，主要原因在于，如果使用一种码，随着码长的增加，在一个码组中要求纠错的数目也会随着增加，译码器的复杂性和计算量也会相应的增加，以至于难以实现。而使用级联的方式，可以在降低译码难度的情况下，提高纠错能力。两级级联的情况下，一般内码选用善于纠正随机错误的二进制线性分组码，而外码一般选择选择纠正突发错误能力较强的多进制线性码。这里使用RS码作为外码，LDPC作为内码。RS使用RS(255,96)的缩短码，RS(112,96)、RS(120,96)，RS(128,96)或RS(136,96)。而LDPC码使用IEEE 802.16e标准中定义的LDPC码，LDPC的码率为1/2、2/3，3/4或5/6，码长根据RS编码的长度和LDPC码的码率选取IEEE 802.16e标准定义的码长中最接近的码长。

在DMB协议中有一个透明传输通道协议，使用这个通道传输的数据是裸数据，数据的信道编码可以由用户自定义。编码就是利用了DMB的这个透明传输通道协议，使用一个软件在传输之前先将文件编码好，然后通过DMB透明通道进行传输。本实施例的编译码流程如图4所示，具体为：

S1：发送端选择待传输文件；

S2：选择保护等级；

S3：信道编码，生成对应的文件；

S4：通过透明传输通道发送文件；

S6：根据保护等级对读取的一帧数据进行解码；

S7：缓存解码后的一帧数据：

S8：文件接收完成，并在显示终端上显示。

播放控制：由于在接收过程中，可能会出现错误，导致接收顺序和发送顺序不一致的情况，所以需要使用额外的信息控制播放的顺序。播放控制信息这里使用一个文本文件，该文本文件按照行进行划分，每一行包含一个命令，该文本文件在发送文件之前发送一次或多次。命令的格式为：

command[options][arguments]。

每个命令对应于终端的一种操作，操作包括将一个文件添加到播放列表、定时播放一个文件等操作。如下面的一组命令：

add test1.jpg-t 2

add test2.mp4-t 1

add test3.mp4-r 12:00:00

这一组命令实现了这样一个播放播放顺序，先显示test1.jpg两分钟，然后播放test2.mp4，如此循环，并且在12:00:00的时候播放test3.mp4。此外，还支持对终端本身进行一些控制，如设置自动开关机时间、更新软件等。

系统测试：本发明在PC端发送视频，通过DMB系统进行发送，能够实现了大文件的传输和显示。在LED屏右上角可观察信号强度，方便用户随时了解接收终端的工作状态。在多种Android盒子上进行测试，均能正常接收，并且按照指定的播放顺序播放。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种用于DMB文件传输的信道编码方法，其特征在于，该方法具体包括：编码过程和译码过程；

所述编码过程具体为：首先，将待传输数据进行改进的TPEG编码；然后，将经过改进的TPEG编码后的数据依次经过RS编码、数据交织和LDPC编码；最后，再经过OFDM调制后发送至信道传输；

所述编码过程中，改进的TPEG格式包括：4bit文件类型、4bit保护等级、3byte同步字、3byte索引、3byte总长度、4byte文件名、80byte数据和2byte CRC；RS码和LDPC码级联作为数据纠错码，并且RS的编码长度和LDPC的码率和码长都是可变的；

2.根据权利要求1所述的一种用于DMB文件传输的信道编码方法，其特征在于，RS码作为外码，LDPC作为内码；RS使用RS(255,96)的缩短码，码长可调；LDPC码使用IEEE802.16e标准定义的LDPC码。

3.根据权利要求1所述的一种用于DMB文件传输的信道编码方法，其特征在于，所述编码方法在DMB透明通道中进行传输的编译码过程为：

S1：发送端选择待传输文件；

S2：选择保护等级；

S3：信道编码，生成对应的文件；

S4：通过透明传输通道发送文件；

S6：根据保护等级对读取的一帧数据进行解码；

S7：缓存解码后的一帧数据；

S8：文件接收完成，并在显示终端上显示。

4.根据权利要求1所述的一种用于DMB文件传输的信道编码方法，其特征在于，在传输过程中，传输一个纯文本的播放控制文件；该控制文件和数据文件在相同的MSC通道进行传输，并且该控制文件在每个数据文件传输之间都会进行一次或多次传输；该控制文件由多个文本行组成，每个文本行对应一个命令，命令的具体格式为：command[options][arguments]；每个命令对应一种操作，接收端解析命令，然后执行对应的操作。