CN1792095A - 经活动图像编码标准网络的直接实时协议传送方法和系统 - Google Patents

经活动图像编码标准网络的直接实时协议传送方法和系统 Download PDF

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Abstract

用于发送符合实时协议或其等效协议的目标流(7r)的系统(7)。目标流(7r)具有根据其自身内容的时间标记和包括序号的其它字段。系统(7)包括：用于从至少一个源接收目标流(7r)和从广播网络接收广播流(7ae，7ve)的部件，所述广播流符合MPEG－2标准或其等效标准；用于对广播流(7ae，7ve)分组或分段以形成已分组基本流(7ap，7vp)的部件(72、74、76、78)；用于将目标流(7r)封装到修改形式的MPEG－2标准的DSM－CC段的流中的部件(7A)；以及用于复用DSM－CC段的流和已分组的基本流以形成符合MPEG－2或其等效标准的传输流TM的部件(7M)，传输流包括传输流分组，其中DSM－CC段的流和已分组的基本流被分割和封装而成传输流分组，各传输流分组包括其自身的分组标识符。

Description

经活动图像编码标准网络的直接实时协议传送方法和系统
本发明涉及利用根据MPEG-2(活动图像编码2号标准)标准化的广播网络系统发送和/或接收基于RTP(实时协议)的数据的方法和系统。
RTP协议主要用于因特网。基于RTP的音频/视频内容传送在因特网领域现在正变得非常普遍。在很多情况下，它用作标准的基于实时的分组方法，且就位于协议栈中传输层之上，如UDP(用户数据报协议)/IP(因特网协议)。RTP与RTCP(实时控制协议)关联，从而在其传送机制中增加控制和反馈能力。代表实时会话协议的应用层协议RTSP也已发展为提供会话协商和内容描述机制。
另一方面，MPEG-2系统主要用于广播网络中MPEG-2音频和/或视频流的高质量传输。另外，作为一种在MPEG-2系统中传送因特网内容的技术，存在一种由DVB(数字视频广播)和ATSC(美国高级电视系统委员会)协会定义的方法。此方法针对一种系统，该系统根据因特网专用协议(IP/TCP(传输控制协议)、UDP等)和MPEG-2DSM-CC(数字存储媒体命令和控制)可寻址段协议，以特定格式经MPEG-2广播系统传送因特网内容。此方法概括范围非常广并且在发送由UDP/IP分组承载的RTP分组时效率可以很低。然而，据发明人所了解的，目前此类尝试尚未公开。
据了解，开发经数字广播网络的因特网协议传送标准仅有的尝试最初在欧洲(广播系统)中DVB帧结构内进行，以及近期在ATSC(电视节目提供商)中进行。这两个提议都相当复杂并且范围过广。他们以最概括的方式取决于可寻址段以及因特网协议数据报的隧道技术概念。这种策略增加了总开销并且复杂，而与机顶盒唯一相关的信息包含在RTP分组中。此外，从应用的角度来看，除了把图像复杂化外，在广播通道中传播不必要的网络信息没有任何意义。实际上，在不远的将来，除标准机顶盒外，很多数字接收机都将是移动装置，如PDA、汽车导航系统、混合移动电话。它们将能够与陆地数字广播网络连接，从而从本地无线电台或小规模视频内容提供商接收具有高业务质量且基于RTP的节目，或切换到因特网以接收相同的流式内容。这些应用的主要特征将是作为“流汇点”，其中只有RTP净荷是重要的。
考虑到此类情况和预测，本发明人已发现RTP数据可通过MPEG-2系统直接发送，而不使用其诸如UDP/IP等基础协议栈。
本发明的一个目的是提供一种方法和系统，可不使用因特网专用协议，而通过利用根据MPEG-2标准化的广播网络系统或其等效系统来发送和/或接收基于RTP的数据。
本发明的另一目的是提供一种方法和系统，可将相同内容的RTP数据分发到广播网络和因特网两者，从而节约成本并降低复杂度。
为了达到所述目的，本发明的一个方面是一种发送符合实时协议的目标流的方法，所述目标流具有根据其内容的时间标记，所述方法包括以下步骤：
-从至少一个源接收目标流并从广播网络接收广播流，所述广播流符合MPEG-2标准；
-对广播流进行分组或分段以形成MPEG-2系统的兼容流；
-把目标流封装到DSM-CC段的流中；以及
-对DSM-CC段的流和MPEG-2系统的兼容流进行复用，从而形成兼容于MPEG-2的传输流，所述传输流包括传输流分组，DSM-CC段的流和MPEG-2系统的兼容流被分割并封装于所述传输流分组中；所述各传输流分组包括其自身的分组标识符。
此方法的特征可在于所述方法还包括以下步骤：将传输流发送到广播网络中的最终用户的终端。
所述方法的特征可在于所述目标流是在因特网发起的RTP流。
所述方法的特征可在于所述RTP流用于表示音频或视频。
所述方法的特征可在于所述广播流包括用于表示要广播的音频或视频的流。
为了实现所述目的，本发明的另一方面是一种接收包括由所述传输方法形成的传输流的信号的方法，所述方法包括以下步骤：
-接收所述信号并得出所述传输流；
-使用流的分组标识符，对所述传输流去复用，以得到MPEG-2系统的兼容流和DSM-CC段的流的传输流分组；
-将传输流分组组合成MPEG-2系统的兼容流和DSM-CC段的流；
-将所述MPEG-2系统的兼容流解码成广播流；以及
-将DSM-CC段的流解码成目标流。
为实现所述目的，本发明的又一方面是一种用于发送符合实时协议的目标流的系统，所述目标流具有根据其内容的时间标记，所述系统包括：
-用于从至少一个源接收目标流以及从广播网络接收广播流的部件，所述广播流符合MPEG-2标准；
-对所述广播流进行分组或分段以形成MPEG-2系统的兼容流的部件；
-将所述目标流封装到DSM-CC段的流中的部件；以及
-对所述DSM-CC段的流和所述MPEG-2系统的兼容流进行复用，从而形成符合MPEG-2的传输流的部件，所述传输流包括传输流分组，DSM-CC段的流和MPEG-2系统的兼容流被分割并封装于所述传输流分组中；所述各传输流分组包括其自身的分组标识符。
为了实现所述目的，本发明的另一方面是一种用于接收包括由传输系统形成的传输流的信号的系统，所述系统包括：
-用于接收信号并得出传输流的部件；
-用于使用流的分组标识符，对所述传输流去复用，以得到MPEG-2系统的兼容流和DSM-CC段的流的传输流分组的部件；
-将传输流分组组合成MPEG-2系统的兼容流和DSM-CC段的流的部件；
-将所述MPEG-2系统的兼容流解码成广播流的部件；以及
-将DSM-CC段的流解码成目标流的部件。
根据这些方面，可以无缝地通过因特网和广播网络发送RTP分组承载的流式内容，因而实现互用性和媒体的汇聚。此外，由于RTP分组能够在接收机侧相当直接地解码，从而实现了更低的费用和更简单的硬件和软件。
图1是根据本发明实施例的系统概观；
图2是显示协议层体系结构的示意图；
图3是图1系统中所使用的发射机的示意框图；
图4是显示TS流的示意时间图；
图5是图1系统中所使用接收机的示意框图；
图6是显示修改DSM-CC消息以包括RTP净荷和特殊信令的图；
图7是一个表格，显示了用于承载RTP分组的DSM-CC段信头域；
图8是一个表格，显示了使用RTCP控制消息的一个示例；
图9是表示从服务信息访问RTP/DSM-CC流的框图。
下面将更详细地描述本发明的上述方面和其它方面。
图1是根据本发明实施例的系统概观。图1中，诸如BS-Digital的广播系统1中的电视节目提供商10、11向卫星数字广播站2提供电视节目信息流。广播站2将这些流进行组合以形成MPEG-2流。MPEG-2流经由广播卫星3发射到消费者的电视机40或能够接收MPEG-2流的个人计算机41。例如来自因特网内容提供商50的RTP流1r、2r从因特网5发出并传送到电视节目提供商11和广播站2。此处，RTP流从因特网5到广播系统1的传送是基于UDP/IP(下面有专门介绍)。但是也可以使用诸如文件等任何其它方式的传送。在电视节目提供商11和广播站2中，以本发明的方式，即直接根据RTP而不是UDP/IP，将RTP流抽取并添加到MPEG-2流。因此，合成的MPEG-2流包括未经过UDP/IP处理的原始RTP流，并会发射到广播网络。下面，我们将这种未经UDP/IP的原始RTP数据的传输称作“直接RTP传送”。
RTP流1r、2r的相同内容不但可以在因特网5上得到，而且可以在广播网络上得到，因而在网络之间提供了增强的互用性，以及来自提供商50的内容进一步的普遍存在。借助于直接RTP传送，整个系统还得到下述的另一个优点。
现在，参照图2描述实现直接RTP传送的协议结构。
如图2所示，协议结构通常包括4层：物理层100、传输层200，流层300及应用层400。设计协议层结构的方式使得在流层300与传输层200之间形成真正明显的区别。对应从生产者(producer)/广播装置侧(编码器)500到消费者侧(接收器或表现装置)600的通道，构成RTP流的RTP分组可封装在DSM-CC段中而不含与因特网相关的传输层任何信息，如在UDP或IP中定义的端口号或IP地址，并且直接RTP传送形式的合成RTP数据可经由广播信道发送。
RTCP分组使用相同的方法封装。在接收机侧，多媒体表现应该在RTP层独立处理，直接从象UDP或DSM-CC一样的传输协议输出。
参照图2，使用RTP格式将编码器输出的媒体流分组，并且可以生成RTSP发送器报告消息。随后，这种分组流插入UDP分组或者封装到DSM-CC段。UDP分组通常通过IP协议网络发送，如因特网5或局域网(LAN)，而DSM-CC段要进一步分组以加入MPEG-2传输流并经由广播网络或ATM(异步传输模式)发送。
在接收侧，从网络中抽出DSM-CC段中的RTP/RTCP分组以及DSM-CC可寻址段中的MPEG-2流和UDP/IP或TCP/IP数据。然后，将RTP/RTCP分组提供给应用程序。
图3显示根据本发明一个实施例的发射机的配置。
在此图中，例如，发射机7配置在广播站2中(参见图1)，并且用于将RTP流7r作为只符合实时协议或其等效协议的目标流发射。RTP流7r具有根据时间轴上其内容的时间标记及包括序号的其它字段。
发射机7包括：用于从至少一个源接收RTP流7r的模块(未示出)，所述一个源通常为编码器，未示出(在因特网5或内容提供商50等之中)；音频编码器71，用于从例如提供商11(参见图1)的广播网络接收平面音频流7ae，并作为一种广播流提供音频基本流7ae；以及视频编码器73，用于从例如同一提供商11接收平面视频流7v并作为另一种广播流提供视频基本流7ve。音频基本流7ae和视频基本流7ve都符合MPEG-2标准或其等效标准。
发射机7还包括分组器72、74，用于对基本流7ae，7ve分组，分别形成所谓的已分组基本流(PES)7ap、7vp作为MPEG-2系统的兼容流。在图中，其它分组器76，78可用于其它基本流。还添加了其它类型的数据，如PSI(节目服务信息)/SI(服务信息)数据7q和一种文件形式数据7p，它们分别基于服务信息和携带BML文件的数据轮播(Data Carousel)。数据7p可以是音频或视频信息，但不属于如在流7ae，7ve中的主要音频或视频。
将RTP流7r的分组提供给封装模块7A。模块7A将RTP流7r分段并封装成MPEG-2标准的DSM-CC段修改形式的流7rs。RTP流7r的形式在图中的左下方说明，从该处可以看到输入的RTP流7r形成一串原始RTP分组“rRTP-P”，且不带象信头等附加数据。模块7A也向rRTP-P添加信头等。
将数据7q提供给分组器7Q，在其中对这些数据进行分组(准确地说，按预定方式分段)成具有信头和一些伴随数据，以使输出数据7qp成为MPEG-2系统的兼容流，从而构成符合MPEG-2的流。数据7p也被提供给分组器7P，在其中对这些数据进行分组(准确地说，按预定方式分段)成具有信头和一些伴随数据，以使输出数据7pp成为符合MPEG-2标准的MPEG-2系统流。这些方式众所周知，因此这里不再详细描述。
将已分组的基本流7ap、7vp、其它数据7qp、7pp以及DSM-CC段的流7rs提供给TS(传输流)复用器7M。复用器7M对这些数据进行复用以形成符合MPEG-2标准或其等效标准的传输流TS。传输流TS包括传输流分组(TS分组)，DSM-CC段的流和分组的基本流，即MPEG-2系统的兼容流，分割并封装而成这些传输流分组。各传输流分组包括其自身的分组标识符。
将这样获得的传输流TS提供给模块7N，流TS在模块中进行预定的调制和上变频从而将其以射频发射到最终用户的终端，例如，经由广播网络(见图1)中的卫星3到电视机40。
图4显示了图3发射机中产生的流、分组等之间的关系。
在图4中，音频/视频PES在上部显示。PES由一串PES分组构成，每个PES分组包括信头“h”和净荷字段“p”。在此示例中，标号(i)、(j)、(k)、(m)等对应于图3中的类似标号，并且视频和音频PES都具有基本相同的格式，具有连续的信头和净荷字段。
在图4的中部显示了数据7qp，即服务信息段的流(x)，以及数据7pp，即基于DSM-CC的专用段的流(y)；以及RTP分组的流7rs(n)。流(x)用于控制整个流。流(y)用于其它数据形成(datacasting)流(参考[4])。流(i)、(j)、(k)、(m)、(x)和(y)属于广播流的MPEG-2系统的兼容流，而RTP分组的流7rs(n)属于将根据直接RTP传送而发射的目标流。流(x)和(y)均由数据段组成，每个数据段包括信头和净荷字段。RTP流(n)由RTP分组序列形成，每个分组均包括原始RTP分组(见图3)、信头、净荷字段及一些伴随数据。
在图4的底部显示了MPEG-2的传输流TS。传输流TS由大量传输流分组(TS分组)组成。各TS分组均包括信头和净荷字段。此净荷字段加载了由复用器7M分割适当流而成的一部分数据。传输流分组中的信头包括分组标识符，具有独特的值或号的PID，用于识别分组属于哪种流。应注意的是，虚线用于表示TS中具有净荷的流的各部分数据的对应关系，但只显示了一个示例。
图5显示根据本发明一个实施例接收机的配置。
在图5中，例如(参见图1)，接收机9配置在电视机40或PC 41中，并用于接收包括由上述发射机系统形成的传输流的信号。接收机9包括用于接收信号和得到传输流TS的调谐器90。在这种情况下，调谐器90用作下变频器和解调器。接收机9还包括去复用器91，该去复用器利用分组标识符PID，对传输流TS进行去复用以得到已分组基本流7ap，7vp，...和RTP流7rs的传输流分组。
接收机9还包括多个缓冲器9i、9j、9k、9m、9n、9q、9p和解码器93。缓冲器构成将传输流分组组合成已分组的基本流7ap、7vp和RTP流7rs的部件。解码器93将已分组的基本流7ap、7vp解码成广播流，作为二进制流形式的音频和视频信号。解码器93还将RTP流7rs解码成目标流。将目标流供给RTP数据解码器95，在其中产生明码音频/视频信号。去复用器91、缓冲器和解码器93被称为T-STD(传输流系统目标解码器)。缓冲器9q、9p用于数据7qp、7pp，将其输出提供给解码器93。解码器93根据缓冲器9q的输出，即(x)的PSI/SI信息执行解码操作，从而当然对其它缓冲器输出进行解码。
由于去复用器通过使用PID执行其去复用，因此RTP流的传输流分组可正确地与传输流TS分开。
下面将更详细描述在DSM-CC中封装RTP和RTCP分组是如何实现的。
由提供商侧的编码器产生并将经MPEG2网络发送的原始RTP分组被封装为ARIB DSM-CC段的修改形式。图6中显示了修改DSM-CC信息以包括RTP净荷和特殊信令。图6中，净荷日期“RAW_RTP_Packet()”只包括原始RTP分组，因为它由编码器产生。为了有效地分析，在DSM-CC段信头中重复重要的RTP分组信头数据。下面是详细的描述。
段信头中出现的不同字段的最终用途应该基于实验在标准化组中决定，例如在因特网RFC草案方法或ARIB或DVB组中通常就是如此。图7中，我们提供了一种在我们的实验设置(参考下文)中已测试的可能实现。虽然可以采用完全新的专用段格式(table_id＝0x3E)，但我们保留了与现有ARIB段相同的格式，这是因为一些硬件去复用器会将滤波深度进行到十几字节，因而传统装置也可以使用。
RTCP控制消息分组用于提供有关数据分发质量的反馈。它们通常与原始RTP分组在同一传输信道上复用，例如，经UDP/IP，其中端口号加1而IP地址相同。RTCP的另一目的是使用CNAME以了解RTP源不变的传输层标识符。在此架构中，RTCP报告的用途因结构而不同。然而，建议至少发送使用DSM-CC表封装的Sender Report(SR，发送器报告)消息，其中DSM-CC表具有table_id＝0x3f和“BYE”。
图8显示RTCP控制消息使用的一个示例。
在RTP/UDP/IP传送架构中，RTP会话的复用由(网络地址、端口)对进行处理。在MPEG2系统架构中，如下所述，会话由(component_tag、PID)对识别。广播系统2(图1)负责将网络/端口映射到component_tag/PID。
当前架构不适用于广播高比特率媒体，例如高分辨率MPEG2视频，这是因为传统方法可以做得更好。目标是更多的因特网流内容，例如由小型或中型发生器产生的实时音频/视频，MPEG-4等。预期的比特率范围从数十到几百千字节/秒。
在基于UDP/IP的传送方案中，可以由(网络地址，端口号)识别一个段。就广播而说，此信息必须映射成MPEG-2系统描述符格式。首先，RTP流一旦封装到DSM-CC段后，就会分组为TS分组，并且将为它们指定PID。接收应用可以将PID与RTP流相关联的方式通过扩展的服务信息程序映射表实现。接收机监视PMT，并首先确定数据广播信道当前是否可用(stream_type＝0xD)，然后分析描述符并提取新定义的RTP_descriptor中携带的component_tag/PID和RTP特定信息。图9概述了此过程。作为示例，PID 0x100和component_tag＝94上的视频、PID 0x101和component_tag＝95上的音频等将对应于如rtp://224.0.0.1:1994/video/1和rtp://224.0.0.2:1994/audio/1的原始RTP流。
实时流协议(RTSP)是应用层协议，旨在提供对例如视频点播等实时媒体的控制。在数字广播环境下，至少发射源于提供商的消息子集是有用的。这可以看作基于HTTP的推模型的类似过程。初始连接实际上是开放的，并且服务器经广播信道发送RTSP消息，就像一个常规连接一样。其优势在于，对于建立在RTSP/RTP用于因特网流式传输的应用，在经一些有限修改并连接到广播信道后，它仍可使用。另一方面，最初为ARIB环境构建的应用，例如BML浏览器，可使用这些消息以触发会话开始。因此，建议将所需RTSP消息映射到诸如ARIB DSM-CC标准中所出现的那些消息的数据广播事件消息。来自RTSP服务器、通过DSM-CC消息携带下传到客户的必要信息主要是会话状态、参数和持续时间。例如，如果服务器有任何广播，则发射RTSP ANNOUNCE消息是有用的。
在ARIB BS-Digital中，多媒体表现编码为BML格式(基于XML)并且数据采用DSM-CC数据轮播经MPEG-2系统流发送。建议定义一种新的数据源格式以支持RTP分组经DSM-CC传送。数据源格式定义为：
rtpdsm://[...]component_tag/
[...]表示在ARIB名称位置中出现的额外信息。例如，在PID 0x100和0x101上进行RTP流广播，并分别带有component_tag＝94和95，则BML码可如下所示：<div style=“width:960px;height:540px;left:0px;top:0px;background-color-index:8;”><object id=“Vstream”type=“vidio/x-airb-mpeg4”data=“rtpdsm://94”
remain=“remain”style=”left:543px;top:30px;width:360px;height:202px”/><object id=“Astream”type=“audio/x-arib-mpeg4”data=“rtpdsm:/95”remain=“remain”streamstatus=“play”/></div>
在BML环境中，上述RTSP到事件的映射可按以下方式使用：
<bevent>
<beitem id=“RTSPmessage”type=“ANNOUNCE”
subscribe=“subscribe”
onoccur=“ProcessRTSPAnnounceMessage();”/>
</bevent>
ProcessRTSPAnnounceMessage()函数可以是对下载代理(java类)的调用，该下载代理可在接收机环境恰当处理RTSP消息并在提供返回信道时执行对服务器的所需响应。
标号：
1                 广播系统
10、11            电视节目提供商
1r、2r            RTP数据
2                 广播站
3                             广播卫星
4                             消费者之家
40                            电视机
41                            个人计算机
5                             因特网
50                            内容提供商
7                             发射机
7a                            平面音频流
7v                            平面视频流
7ae                           音频基本流
7ve                           视频基本流
7ap                           音频已分组基本流
7vp                           视频已分组基本流
7q                            PSI/SI数据
7p                            一种文件形式数据
71                            音频编码器
72、74、76、78                分组器
7Q、7P                        分组器
7A                            封装模块
73                            视频编码器
7M                            复用器
7N                            调制/上变频模块
90                            调谐器
91                            去复用器
9i、9j、9k、9m、9n、9q、9p    缓冲器
93                            解码器
95                            RTP数据解码器

Claims (8)

1.一种发射符合实时协议的目标流的方法，所述目标流具有按照其内容的时间标记，所述方法包括以下步骤：
-从至少一个源接收所述目标流并且从广播网络接收广播流，所述广播流符合所述MPEG-2标准；
-将所述广播流分组或分段以形成MPEG-2系统的兼容流；
-将所述目标流封装到DSM-CC段的流中；以及
-复用所述DSM-CC段的流和所述MPEG-2系统的兼容流以形成符合MPEG-2的传输流，所述传输流包括传输流分组，其中所述DSM-CC段的流和MPEG-2系统的兼容流被分割和封装而成所述传输流分组，所述各传输流分组包括其自身的分组标识符。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括发射所述传输流到所述广播网络中最终用户的终端的步骤。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述目标流是在因特网中发起的RTP流。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述RTP流用于表示音频或视频。
5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于所述广播流包括用于表示要广播的音频或视频的流。
6.一种接收信号的方法，所述信号包括通过如权利要求1-5中任何一项所述的方法所形成的传输流，所述方法包括以下步骤：
-接收所述信号并得出所述传输流；
-使用所述流的分组标识符对所述传输流进行去复用，以便得出所述MPEG-2系统的兼容流与所述DSM-CC段的流的传输流分组；
-将所述传输流分组组合成所述MPEG-2系统的兼容流与所述DSM-CC段的流；
-将所述MPEG-2系统的兼容流解码成所述广播流；以及
-将所述DSM-CC段的流解码成所述目标流。
7.一种发射符合实时协议的目标流的系统，所述目标流具有根据其内容的时间标记，所述系统包括：
-从至少一个源接收所述目标流以及从广播网络接收广播流的部件，所述广播流符合MPEG-2标准；
-对所述广播流分组或分段以形成MPEG-2系统的兼容流的部件；
-将所述目标流封装到DSM-CC段的流中；以及
-对所述DSM-CC段的流和所述MPEG-2系统的兼容流进行复用，从而形成符合MPEG-2的传输流的部件，所述传输流包括传输流分组，其中DSM-CC段的流和MPEG-2系统的兼容流被分割和封装而成为所述传输流分组，所述各传输流分组均包括其自身的分组标识符。
8.一种用于接收信号的系统，所述信号包括由权利要求7所述的系统形成的传输流，所述系统包括：
-用于接收所述信号并得出所述传输流的部件；
-用于使用所述流的分组标识符，对所述传输流去复用，以便得出所述MPEG-2系统的兼容流与所述DSM-CC段的流的传输流分组的部件；
-用于将所述传输流分组组合成所述MPEG-2系统的兼容流与所述DSM-CC段的流的部件；
-用于将所述MPEG-2系统的兼容流解码成广播流的部件；以及
-用于将所述DSM-CC段的流解码成目标流的部件。
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