CN1455597A - 运动图像专家组－2传送流的传输方法 - Google Patents
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Abstract
运动图像专家组－2传送流的传输方法，涉及视频广播和会议电视系统中对MPEG－2视音频流的传输，首先将用于传送的MPEG－2传送流适配成为与当前信道可用净荷速率相匹配的传送流；对该传送流以传送流包为单位，增加用于码流拆分和码流恢复的附加信息并进行节目参考时钟调整；再以传送流包为单位进行码流拆分和信道分配，然后对传输网上接收到的各路E1信道中的传送流包进行恢复，再根据其中的附加信息对整个MPEG－2传送流进行码流恢复处理，将原始的MPEG－2传送流输出；本发明可灵活有效地利用现有SDH传输网中的多个E1信道来完成对MPEG－2传送流的传输。
Description
技术领域
本发明涉及多媒体应用领域中对运动图像专家组-2(MPEG-2)传送流的传输，尤其涉及在视频广播和会议电视系统中对MPEG-2视音频流的传输方法。
背景技术
MPEG-2算法早已被业界认可，而且是目前应用最为广泛的一种视音频压缩算法。该算法在媒体存储(例如DVD)、媒体广播(例如卫星电视节目)等方面均有着普遍的应用，且随着需求的扩展也开始在媒体交互(例如高质量的电视会议)中进行应用。
对MPEG-2传送流的传输可通过多种途径进行，如通过卫星网、微波网或地面传输网等。当需要进行实时传送时，要求传输网为其分配专用信道。目前对MPEG-2传送流进行实时传送的应用还较为单一，主要是电视节目的转播，该应用主要依附的传输网络为卫星网。但随着多媒体应用层面的拓展和地面传输网络的飞速发展，将会有越来越多基于MPEG-2的多媒体应用依托地面传输网来开展其业务。
由于MPEG-2主要应用于对视音频信号质量有着较高要求的场合，在保证信号质量的同时，压缩后的数据码率相对较高。这就要求在进行实时传送时(如进行电视节目转播、召开高质量的电视会议等)，传输网络能够为MPEG-2传送流提供较高的带宽(一般至少在3M bps以上)。
目前的地面传输网络状况，同步数字系列(SDH)占有绝对主导地位。通常SDH向用户提供以下几种常用线路接口：E1(准同步数字系列中的一次群线路接口，速率2.048M，欧洲制式)、E3(准同步数字系列中的三次群线路接口，速率34.368M，欧洲制式)、T3(准同步数字系列中的三次群线路接口，速率44.736M，北美制式)和STM-1(同步数字系列中的基本模块单元接口，速率155.520M)。MPEG-2传送流在上述接口中进行映射和传输的方法国际上已有现行标准(参见标准ITU-T-J.131、ITU-T-J.132)，但标准中只涉及MPEG-2传送流在单信道中进行传输的方法。
在E1、E3、T3、STM-1等接口中，E3、T3、STM-1可用于传送包含多路节目的复合传送流，当用于传送只包含一路节目的传送流(典型带宽3M-8M)时则对带宽浪费较大；E1接口由于带宽太低，用单路E1信道来进行MPEG-2传送流的传输基本没有实用价值。因此，如何在地面传输网中对单节目传送流进行有效的传输是目前需要进行研究和解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服SDH地面传输网中难以对MPEG-2单节目传送流进行有效传输的问题，提出一种基于多信道复用技术的在多个E1信道上对MPEG-2传送流进行传输的方法。
本发明所描述的在多个E1信道上进行MPEG-2传送流传输的方法如下：
用于传送的MPEG-2传送流首先通过码率适配过程适配成为与当前信道可用净荷速率相匹配的传送流；
对该传送流以传送流包(TS：transport stream packet，MPEG-2传送流的基本单位，每个包为188字节)为单位，在各TS包中增加用于码流拆分和码流恢复的附加信息并进行节目参考时钟(PCR)调整；
对调整后的MPEG-2传送流以TS包为单位进行码流拆分和信道分配，将其平均分配至多路E1信道中，并通过各路E1信道送上传输网传输；
对传输网上接收到的各路E1信道中的TS包进行恢复，再根据各TS包中的附加信息对整个MPEG-2传送流进行码流恢复处理，然后将原始的MPEG-2传送流输出。
采用本发明所述方法，可灵活有效地利用现有SDH传输网中的多个E1信道来完成对MPEG-2传送流的传输，从而克服在现有SDH地面传输网中难以对MPEG-2单节目传送流进行有效传输的问题。
附图说明
图1是在N路E1信道上(N为自然数)进行MPEG-2传送流传输的流程图。
图2是图1中码率适配过程流程图。
图3是图1中TS包的再封装和PCR调整过程流程图。
图4是图1中码流拆分过程流程图。
图5是图1中信道分配过程流程图。
图6是图1中码流恢复过程流程图。
图7是以4路E1信道为例的对TS包进行再封装处理后的TS包包结构及附加信息字节格式。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
图1是在N路E1信道上进行MPEG-2传送流传输的总流程：
首先，用于传输的MPEG-2传送流经过码率适配过程成为与当前信道速率相匹配的传送流；
完成TS包的再封装和PCR调整：即对该传送流以传送流TS包(TS：transport stream packet，MPEG-2传送流的基本单位，每个包为188字节)为单位，在各TS包中增加用于码流拆分和码流恢复的附加信息并进行节目参考时钟(PCR：program clock reference)调整；
调整后的码流经过码流拆分和信道分配过程后通过N路E1信道送上传输网传输；
接收端在从传输网上接收到数据后对数据进行码流恢复处理，并在恢复处理完成后将原始的MPEG-2传送流输出，从而完成整个处理流程。
图2、图3、图4的过程可以由同一个定时器产生的定时中断定时触发和顺序调用；图5中的过程可以由一个在时间周期上为E1帧时间周期或E1帧时间周期整数倍的定时中断定时触发调用。定时器的具体时间间隔根据具体实现时输入缓冲区和输出缓冲区的大小来确定，原则上需保证在任何时刻各缓冲区既不上溢也不下溢。
图2所示为码率适配过程：
当本过程被定时中断调用时，首先检测输入缓冲区中是否有MPEG-2传送流数据，如果有则进行同步处理。同步处理的目的是为了使对输入传送流的处理能够以TS包为基本单位进行。如果输入不能同步，则始终进行同步处理，直至输入同步或输入缓冲区为空；
如果输入缓冲区中没有MPEG-2传送流数据，则转至传输缓冲区处理流程；
同步后的传送流数据将以TS包为单位从输入缓冲区搬移至传输缓冲区。传输缓冲区用于码率适配过程中的码率适配和码率平滑。当传输缓冲区处于小于设定值时，说明输入数据不足以供输出使用，需要填充空包来进行码率适配。当传输缓冲区在填充了足够的空包而大等于设定值(设定值为半满状态时效果最佳)，本过程结束并退出，等待下一次调用。
码率适配完成后，传输缓冲区中已有足够分配给各路E1信道的TS包供输出使用，这时需要将传输缓冲区中的TS包平均分配给各个E1信道输出缓冲区输出。如图3所示：在处理每一路E1信道输出缓冲区的过程中，当从传输缓冲区读出一个TS包时，首先对该TS包进行再封装，即增添附加信息字节。如果当前TS包含有PCR字段，那么除了进行再封装处理以外还需要对该包中的PCR值进行PCR调整处理。再封装和PCR调整完成后的TS包即被搬移至当前E1信道输出缓冲区，随后相同的处理过程再次进行，直至当前E1信道输出缓冲区达到设定值(设定值为半满状态时效果最佳)。
本发明中，MPEG-2传送流需要通过多个E1信道进行传输，那么如何在接收端从多个信道中重新恢复出原始码流是本技术的关键所在。考虑到MPEG-2传送流是以TS包为基本组成单位，那么在原TS包上增加一些有助于码流拆分和码流恢复的附加信息字节并利用该信息完成MPEG-2传送流在发送方向的码流拆分和在接收方向的码流恢复将是一种简单可行的方法。
可以对MPEG-2传送流中的每个TS包依次进行编号，并将包编号作为TS包的附加信息字节随该包一同传送，这样在接收端只需先对从不同E1信道上接收到的TS包进行缓存，再根据附加在TS包中的包编号信息对缓存中的TS包进行重新排序，即可恢复出原始码流。由于包编号信息的正确与否对接收端的码流恢复至关重要，因此对包编号信息增加必要的校验处理，如循环冗余校验(CRC)是在实际实现中所必须考虑的。在将包编号作为TS包附加信息的同时，还可考虑将一些其他信息，例如当前实际使用的E1信道数，信道分配状况等辅助信息也作为TS包的附加信息一同传送，这样将更有利于在接收端对数据的处理以及对整个系统的维护。
由于附加信息字节是在原TS包上进行添加，因此本步骤可视为对TS包所进行的再度封装。本发明希望通过对上文所给出的一种具体实现方法的说明和解释来阐明并提出一种叫做“再封装处理”的方法和思路，在具体的再封装处理实现上则可并不局限于该方法。除上述的一种具体可行的再封装处理方法之外，对TS包的封装格式以及附加信息字节的具体定义可在实际应用中根据需要在具体的实现过程中再进行具体定制，但在再封装处理中对再封装格式及附加信息字节进行定义的总体原则是：要有利于在发送端对码流的拆分和在接收端对码流的可靠恢复并且在处理过程上尽可能简单。
PCR调整：
码率适配后的传送流由于空包的添加而引入了节目参考时钟PCR(program clock reference，MPEG-2中用于传送系统时钟信息的33位数据)的抖动，因此必须进行PCR调整，否则将有可能导致接收端解码器的工作异常。PCR的调整有多种实现方法，在具体实现时可根据实际应用情况具体选择。
把从传输缓冲区中读出，并经过再封装和PCR调整后的TS包搬移至各路E1信道输出缓冲区的过程即为图4所示的码流拆分过程。码流拆分过程从处理第1路E1信道输出缓冲区到处理第N路E1信道输出缓冲区顺序进行。当所有N路E1信道输出缓冲区均达到设定值时，表明在下一次定时中断到来之前，各路E1信道输出缓冲区中已有足够的数据供E1信道输出使用，此时图3、图4的过程调用结束并退出，等待下一次定时中断触发调用。
对传送流的拆分将以TS包为单位来进行，即每一个完整TS包中的所有字节必定是通过同一路E1信道来进行传输，不同的TS包则根据需要分配在不同的E1信道。这样，一路完整的传输流将被拆分成N部分(N为E1信道路数)分别通过N路E1信道传输数据并在接收端汇集。由于各路E1信道彼此平等，并且是在同时传输数据，因此在具体实现时必须对码流拆分的均匀性进行充分考虑。一种简单并且可行的方法是采取顺序轮循的方式将TS包依次分配给各路E1信道。
图5所示的过程为信道分配过程，该过程由一个时间周期为E1帧时间周期或为E1帧时间周期整数倍的定时中断单独触发调用。由于定时中断的时间周期是E1帧时间周期的整数倍，因此在每次的过程调用中处理的数据为P帧E1数据(P＝定时中断时间周期/E1帧时间周期)。
E1的1帧数据包含32个时隙，每个时隙为1个字节，其中0时隙为E1帧头，16时隙用于传送随路信令，这两个时隙一般不对用户开放，因此，每个E1帧包含30个可用时隙，即每个E1帧可以传送30个字节。信道分配的处理过程中每次调用时，分别从各路E1信道的输出缓冲区中读取30*P个字节填充至各路E1成帧器的时隙缓冲区中，再由E1成帧器按标准的E1帧格式将数据输出至E1信道，完成数据传输。其中E1成帧器有多种专用芯片，该功能可由专用芯片完成。
经过上述处理，即完成了MPEG-2传送流在多个E1信道上的发送。在接收方向对数据的接收和码流的恢复处理较为简单，如图6所示：只需先对从各个E1信道上传送过来的TS包进行汇集，再根据包含在各个TS包中的附加信息对所有收到的TS包进行序列恢复和附加信息字节的去除处理，即可恢复出原始的MPEG-2传送流。
下面给出一种对TS包进行再封装处理时的格式，包括再封装后的包格式定义和附加信息字节格式的定义：
一、包格式：经过再封装处理后的TS包长度将比原长度增加M个字节，其中M为附加信息字节数。
二、附加信息字节格式：附加信息字节按所包含的信息内容分为三类。
1、信道信息字节，包含当前TS包所在E1信道的信道编号信息和当前传输信道使用状态信息(如共有多少路E1信道，有哪几路在使用中)。由于E1信道数目为变值，因此信道信息字节的字节数也将根据具体的应用而为不同的长度。
2、包编号字节，用于传送在对整个传送流的TS包进行编号过程中当前TS包所获得的包编号，其中包编号的循环周期可在具体实现时根据实际情况进行不同的定义(例如定义为从0～255循环递增)。包编号的二进制编码在按某一固定bit数(例如每4个bit)均匀分割成X部分后分别在X个字节中进行传送，并且在每个字节中都要对其所包含的包编号信息做循环冗余校验(CRC)。
3、保留字节：保留字节作为预留资源保留给将来的功能扩展使用。
图7是以4路E1信道应用为例对所描述的再封装包格式和附加信息字节格式的具体说明。
在针对4路E1信道的再封装附加信息格式中，再封装后的TS包由原来的188字节变为192字节，多出的4个字节为附加信息字节，各字节所包含信息的具体说明如下：附加信息字节1：
bit7，bit6：2bit指示信道编号(00、01、10、11)
bit5，bit4：2bit指示信道编号(00、01、10、11)
bit7、bit6和bit5、bit4所指示的信息用于标明当前TS包的数据是由哪一路E1信道来承载的。00表示第1路E1信道；01表示第2路E1信道；10表示第3路E1信道；11表示第4路E1信道；bit7、bit6和bit5、bit4的数据互为校验，二者应为相同，若不相同，则说明传输过程中出现误码，该信息被视为无效。
bit3～bit0指明当前信道的使用状态，如1011表明第1、3、4路E1信道在使用中，第2路E1信道未被使用。该信息和信道编号信息的配合使用可以实现E1信道路数的灵活配置，即用于复用的E1信道可从1路到4路动态改变，而接收端能够根据附加信息字节1的信息做到自动适应。附加信息字节2：
bit7～bit4：包编号高位
bit3～bit1：bit7～bit4的CRC校验位。
Bit0：保留。附加信息字节3：
bit7～bit4：包编号低位
bit3～bit1：bit7～bit4的CRC校验位。
Bit0：保留。
附加信息字节2和附加信息字节3中包含当前TS包的包编号信息。包编号为8位，数值从0～255循环递增。附加信息字节2包含包编号的高4位，附加信息字节3包含包编号的低4位。每个TS包在输出时按先后顺序依次进行编号并增加包编号信息，这样在接收端就可根据包编号信息来恢复出从不同路径传来的各TS包的原始顺序。由于接收端完全通过包编号来对码流进行恢复，包编号在传输过程中的可靠性至关重要，因此对包编号的传输通过2个字节来完成，目的是增加循环冗余校验(CRC)处理，以确保包编号的可靠性。
其中所采用的CRC校验为(7，4)CRC校验，生成多项式为：
G(x)＝x3+x+1
CRC校验的所有码字列表如下：
0000 000 1000 101
0001 011 1001 110
0010 110 1010 011
0011 101 1011 000
0100 111 1100 010
0101 100 1101 001
0110 001 1110 100
0111 010 1111 111附加信息字节4：保留
附加信息字节4留作将来功能扩展并需要传送其他附加信息时使用，目前暂且保留。
Claims (10)
1、运动图像专家组-2传送流的传输方法，包括以下步骤：
(1)、用于传送的运动图像专家组-2传送流首先通过码率适配过程适配成为与当前信道可用净荷速率相匹配的传送流；
(2)、对该传送流以传送流包为单位，在各传送流包中增加用于码流拆分和码流恢复的附加信息并进行节目参考时钟调整；
(3)、对调整后的运动图像专家组-2传送流以传送流包为单位进行码流拆分和信道分配，将其平均分配至多路E1信道中，并通过各路E1信道送上传输网传输；
(4)、对传输网上接收到的各路E1信道中的传送流包进行恢复，再根据各传送流包中的附加信息对整个运动图像专家组-2传送流进行码流恢复处理，然后将原始的运动图像专家组-2传送流输出。
2、根据权利要求1所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于所述的步骤(1)码率适配过程如下：
首先检测输入缓冲区中是否有运动图像专家组-2传送流数据，如果有则进行同步处理；如果输入不能同步，则始终进行同步处理，直至输入同步或输入缓冲区为空；
如果输入缓冲区中没有运动图像专家组-2传送流数据，则转至传输缓冲区处理流程；
同步后的传送流数据将以传送流包为单位从输入缓冲区搬移至传输缓冲区；
当传输缓冲区处于小于设定值时，需要填充空包来进行码率适配；
当传输缓冲区在填充了足够的空包而大等于设定值时结束。
3、根据权利要求1或2所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于所述的增加用于码流拆分附加信息是对运动图像专家组-2传送流中的每个传送流包依次进行编号，并将包编号作为传送流包的附加信息字节随该包一同传送。
4、根据权利要求3所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于所述对包编号信息增加循环冗余校验。
5、根据权利要求3所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于将当前实际使用的E1信道数、信道分配状况等辅助信息作为传送流包的附加信息一同传送。
6、根据权利要求1所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于步骤(3)中码流拆分过程如下：从处理第1路E1信道输出缓冲区到处理第N路E1信道输出缓冲区顺序进行，当所有N路E1信道输出缓冲区均达到设定值时结束。
7、根据权利要求1所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于步骤(3)所述的信道分配过程由时间周期为E1帧时间周期或为E1帧时间周期整数倍的定时中断单独触发调用。
8、根据权利要求1所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于步骤(4)中对数据的接收和码流的恢复处理如下：需先对从各个E1信道上传送过来的传送流包进行汇集，再根据包含在各个传送流包中的附加信息对所有收到的传送流包进行序列恢复和附加信息字节的去除处理。
9、根据权利要求2或6所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于所述设定值为半满状态。
10、根据权利要求1所述的运动图像专家组-2传送流的传输方法，其特征在于：对各传送流包中增加用于码流拆分和码流恢复的附加信息后的包格式如下：传送流包长度将由原来字节增加M个字节，其中M为附加信息字节数；
对各传送流包中增加用于码流拆分和码流恢复的附加信息后的附加信息字节格式如下：
信道信息字节，包含当前传送流包所在E1信道的信道编号信息和当前传输信道使用状态信息；
包编号字节：用于传送在对整个传送流的传送流包进行编号过程中当前传送流包所获得的包编号，包编号的二进制编码在按某一固定比特数均匀分割成X部分后，分别在X个字节中进行传送，并且在每个字节中都要对其所包含的包编号信息做循环冗余校验；
保留字节，用来预留给将来的功能扩展使用。
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