CN1437407A - 数字视频压缩码流在三级准同步系列传输中的适配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字视频压缩码流在三级准同步系列(DS3)传输中的适配方法，适配包括数据格式适配和码率适配。数据格式适配是将MPEG－2数据传输码流数据包(TSP)以净载域拆分后填充到帧的净载域段，每净载域段数据加上帧标志，重新封装成G.704或G.752或ANSI T1.107规定的DS3帧结构；码率适配采用在物理层插空闲复帧方式，或者采用在传输层插TSP空包的方式。该适配方法克服了ATM适配和透明不成帧适配的缺陷，信道利用率高，设备实现简单，能实现准确同步和终端性能监控，充分利用传输设备的功能。
Description
技术领域
本发明涉及用于数字视频系统中的数字视频压缩码流传输，具体地说，涉及活动图像专家组(MPEG)所制定的MPEG-2标准的传输码流在三级准同步系列(DS3)传输中的适配方法。
背景技术
数字图像包括高清晰度电视图像、广播级数字图像、数字影碟图像、会议电视图像、电视电话图像。其中，广播级数字图像采用活动图像专家组(MPEG)制定的MPEG-2标准，该标准也是数字视频系统中数字电视采用的国际标准，该标准规定了模拟视频、音频信号的压缩方式，并定义了用于视频压缩数据、音频压缩数据、控制数据及私有数据复用的数据结构：节目流PS(Programme Stream)及传输流TS(Transport Stream)。其中传输流是一种固定包长的数据结构，主要用于压缩码流的传输。
数字视频系统中，数字图像数据的传输主要是通过DS3通道实现不同地点间的TS流传输。在DS3通道中进行传输时，其原理可以用如图1的协议模型进行简单的说明。图1为TS码流传输的协议模型。在图示的协议模型中，最上层是传输层，该层的数据结构遵守MPEG-2标准，采用TS结构，数据结构有精确的定义；第二层是网络层，主要作用是根据传输网络的性质及特点对TS进行适配，该层的适配包括数据格式适配及码率适配两个方面；最下面一层是物理层，主要是物理信号的定义，可以是传输设备提供的光接口或电接口，通过G.703接口实现直接的物理连接。
在G.704或G.752或ANSI T1.107标准中规定了DS3帧的数据结构，如图2所示，图2为G.704或G.752或ANSI T1.107规定的DS3帧结构图。由7个680bit子帧组成一个复帧。每个子帧又分为8个85bit数据块，数据块采用相同的结构，由84bit净载和一个帧标志位组成。结构中各个域的定义如下：X＝告警指示位(1bit)；I＝净载域(84bit)；Fi(i＝0或1)＝子帧同步标志位(1bit)；Cij(i＝1～7；j＝1～3)＝填充位(1bit)；P＝奇偶校验位(1bit)；Mi(i＝0或1)＝复帧同步位(1bit)。这种标准的帧结构中的有效帧净载为84/85＝98.8％，信道有效码率达到44.210Mbit/s。
与DS3接口相对应，ITU标准J.82定义了利用异步传输模式(ATM)的适配层AAL1、AAL5进行TS封装的数据结构及码率适配的方法。这种方法的主要缺点是信道利用率低、协议复杂、设备实现难度大。考虑到广电传输网络的实际情况，基本不选用该标准规定的方法，往往采用透明适配即跨越ATM层的适配方法。
目前，采用透明适配的方法多采用不成帧透明适配方法，该方法是直接将数字图像数据传输流数据包(TSP)进行信号格式转换后直接送入G.703通道进行传输的。其基本的原理是在将MPEG-2传输流数据包适配到DS344.736Mbit/s信道上时，不进行任何信道帧结构的适配，只是进行码率适配时在输入的TSP数据流中填充自定义的任意数据，以满足信道码率的要求，将输入的TSP数据流适配到DS3中44.736Mbit/s的信道码率。这样不同的填充自定义的数据对应不同的适配方式，不同的适配方式之间可能就存在差异，并且由于未采用DS3帧结构，无法很好的实现标准的告警处理和信道维护功能，也无法实现在DS3中的帧同步传输。
发明内容
本发明提供一种数字视频系统中数字视频压缩码流在三级准同步系列(DS3)传输中的适配方法，以在保证信道利用率及实现复杂程度的前提下，针对DS3应用环境，克服ATM适配和透明不成帧适配的缺陷，实现透明适配。
本发明通过以下技术方案实现：
一种数字视频压缩码流在三级准同步系列(DS3)传输中的适配方法，该方法至少包括以下步骤：
A.数据发送端判断当前MPEG-2数据传输码流数据包(TSP)是否能填充满一DS3复帧，若能填充满一DS3复帧则执行步骤C；否则
B.插入空闲复帧，然后执行步骤D；
C.将MPEG-2数据传输码流数据包以净载域拆分后填充到帧的净载域段，每净载域段数据加上帧标志，封装成DS3帧结构；
D.接收端接收通过信道传输的数据，识别出插入的空闲复帧，从DS3有效复帧的净载域中提取MPEG-2数据传输流数据包。
其中，步骤C所述的净载域以TSP的84比特(bit)为一段拆分；所述的帧标志位按照G.704或G.752或ANSI T1.107标准规定以1bit插入。
另，一种数字视频系统数字视频压缩码流在三级准同步系列(DS3)传输中的适配方法，该方法至少包括以下步骤：
A.数据发送端判断MPEG-2数据传输码流数据包(TSP)码率是否达到信道有效码率，若达到则执行步骤C；否则
B.插入TSP空包直至TSP码率达到信道有效码率，并调整节目时钟参考值(PCR)；
C.将MPEG-2数据传输码流数据包以净载域拆分后填充到帧的净载域段，每净载域段数据加上帧标志，封装成DS3帧结构；
D.接收端接收通过信道传输的数据，通过帧标志位定界DS3复帧，按照帧格式提取净载域中的数据，拼装成数字图像数据传输码流数据包。
其中，步骤C所述的净载域以TSP的84比特(bit)为一段拆分；所述的帧标志位按照G.704或G.752或ANSI T1.107标准规定以1bit插入。
步骤D所述的定界DS3复帧以帧标志位中的帧同步标志位定界。
所述的信道有效码率按照G.704或G.752或ANSI T1.107标准规定。
本发明通过采用插入DS3空闲复帧的方法进行码率适配，由于接收端去掉DS3空帧后恢复出原始码率的TSP码流，可以不改变数据发送端输入的业务数据原始TSP数据流码率；可实现发送端和接收端TSP数据流的对等传输，即发送的原始TSP数据速率在接收端等速率的接收。
本发明通过采用插入TSP空包的方法进行码率适配，将输入的TSP码率提升到信道有效码率44.210Mbit/s，可以直接将TSP码流分段映射到DS3帧的净荷域中；由于无需填充DS3空帧，接收端始终只需要按照固定的信道有效码率44.210Mbit/s接收TSP数据流即可，不用考虑不同速率接收时的时钟恢复等操作。
本发明所采用的透明适配方法与国际标准J.82定义的适配方法比较，由于省略了ATM层信道，利用率可高达98.8％，信道利用率高；实现适配时仅涉及G.704或G.752或ANSI T1.107帧的同步位、控制位等帧标志位的插入，这些都是廉价的成熟技术，设备实现简单。与不成帧透明适配方法比较，在各种码率适配方式下，可以充分利用G.704或G.752或ANSI T1.107定义的帧结构的同步特性实现准确的同步和码率恢复；终端设备可以利用帧中的告警位、奇偶校验位等实现信道的性能监控，实时提供相关的信道告警信息，提高系统的可维护性能；使用标准帧结构的适配方法还可以充分利用传输设备的监测特性，识别DS3接口帧结构，并利用其中的开销信息对DS3通道进行监测，充分利用传输设备功能，进一步提高MPEG-2编解码系统的可维护性。
附图说明
图1为TS码流传输的协议模型；
图2为G.704或G.752或ANSI T1.107规定的DS3帧结构；
图3为本发明数据格式适配实现方法示意图；
图4为本发明插入DS3空闲复帧进行码率适配的流程图；
图5为本发明插入TSP空包进行码率适配的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明将TSP适配到DS3时，采用了G.704或G.752或ANSI T1.107规定的标准DS3帧结构，并且分数据格式适配和码率适配两方面提出了适配方法。
首先说明数据格式适配方法。
在数据发送端将TSP拆分以84bit为一段，每84bit段数据插入1bit帧标志位，重新封装成G.704或G.752或ANSI T1.107规定的标准DS3帧结构。其中，帧结构中的子帧同步标志位(F)、复帧同步位(M)、告警指示位(X)、填充位(C)、奇偶校验位(P)的定义仍然按照G.704或G.752或ANSI T1.107标准中规定非通道化的方法使用；接收端通过帧同步标志位定界DS3复帧，再按照帧格式将84bit净载域中的数据提取出来，拼装成数字图像数据传输码流数据包即可。实现方法如图3所示，图3为本发明数据格式适配实现方法示意图。将输入的TSP拆分为以84bit为一段，插入帧标志位后进行G.704或G.752或ANSI T1.107规定的DS3帧结构封装，然后生成信道编码波形通过G.703通道输出。
下面说明码率适配方法。
由于数据发送端原始输入的MPEG-2 TSP码率低于信道有效码率44.210Mbit/s(信道码率为44.736Mbit/s)，因此需要将输入的数字图像数据TSP码提升到信道有效码率，解决TSP到DS3帧适配时码率适配的问题。输入的TSP码率与信道有效码率间的适配可以采用两种方法：插入DS3空闲复帧的方法和插入TSP空包的方法。
所述插入DS3空闲复帧的方法，对于原始需要适配的TSP数据，可以不改变其已有的业务数据码率，通过在TSP无法填充一个DS3复帧时生成DS3空闲复帧，在接收端去掉DS3空帧后恢复出原始码率的TSP码流。实现方法如图4所示，图4为本发明插入DS3空闲复帧进行码率适配的流程图。当数据发送端输入TSP，判断当前TSP是否准备好，若已准备好，则进行数据格式的适配；否则，插入DS3空闲复帧；然后，通过信道传输。接收端判别出所插入的DS3空闲复帧，从DS3有效复帧的净载域中提取TSP平滑接收，并通过缓冲区恢复出发送端输入的TSP数据包的码率。上述插入DS3空闲复帧的方式在物理层完成。
所述插入TSP空包的方法，通过插入TSP空包的方式将需要适配的TSP码率提升到信道有效码率44.210Mbit/s，这样可以直接将TSP分段映射到DS3帧的净荷域中，无需填充DS3空帧，当然在接收端恢复出的TSP的速率也就是信道的速率44.210Mbit/s。即先通过插入TSP空包，以调整输入的TSP码率到信道有效码率44.210Mbit/s，然后加上帧标志位后速率达到44.736Mbit/s。由于插入数字图像数据TSP空包后引入了节目时钟参考值PCR(PROGRAMME CLOCK REFERENCE)抖动，因此需要调整PCR值。实现方法如图5所示，图5为本发明插入TSP空包进行码率适配的流程图。当数据发送端输入TSP，判断输入的TSP码率是否满足信道有效码率44.210Mbit/s，若满足则进行数据格式的适配；否则，则插入TSP空包，调整PCR值后再进行数据格式的适配，直接将TSP分段映射到DS3帧的净荷域中；然后，通过信道传输，在接收端按照固定的信道有效码率44.210Mbit/s接收TSP数据流即可。上述插入TSP空包的方式在传输层完成。
本发明并不局限于上述实施例的具体介绍。本发明可进一步更新，或者对本发明所公开的特征加以新的组合(包括任何相关的权利要求、摘要和附图)，也可对本发明所公开的任何方法或者过程进行更新或者进行新组合。
Claims (6)
1.一种数字视频压缩码流在三级准同步系列(DS3)传输中的适配方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
A.数据发送端判断当前MPEG-2数据传输码流数据包(TSP)是否能填充满一DS3复帧，若能填充满一DS3复帧则执行步骤C；否则
B.插入空闲复帧，然后执行步骤D；
C.将MPEG-2数据传输码流数据包以净载域拆分后填充到帧的净载域段，每净载域段数据加上帧标志，封装成DS3帧结构；
D.接收端接收通过信道传输的数据，识别出插入的空闲复帧，从DS3有效复帧的净载域中提取MPEG-2数据传输流数据包。
2.根据权利要求1所述的适配方法，其特征在于，步骤C所述的净载域以TSP的84比特(bit)为一段拆分；所述的帧标志位按照G.704或G.752或ANSIT1.107标准规定以1bit插入。
3.一种数字视频系统数字视频压缩码流在三级准同步系列(DS3)传输中的适配方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
A.数据发送端判断MPEG-2数据传输码流数据包(TSP)码率是否达到信道有效码率，若达到则执行步骤C；否则
B.插入TSP空包直至TSP码率达到信道有效码率，并调整节目时钟参考值(PCR)；
C.将MPEG-2数据传输码流数据包以净载域拆分后填充到帧的净载域段，每净载域段数据加上帧标志，封装成DS3帧结构；
D.接收端接收通过信道传输的数据，通过帧标志位定界DS3复帧，按照帧格式提取净载域中的数据，拼装成数字图像数据传输码流数据包。
4.根据权利要求3所述的的适配方法，其特征在于，步骤C所述的净载域以TSP的84比特(bit)为一段拆分；所述的帧标志位按照G.704或G.752或ANSI T1.107标准规定以1bit插入。
5.根据权利要求3所述的适配方法，其特征在于，步骤D所述的定界DS3复帧以帧标志位中的帧同步标志位定界。
6.根据权利要求3所述的适配方法，其特征在于，所述的信道有效码率按照G.704或G.752或ANSI T1.107标准规定。
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