ES2259817T3 - Metodo de encapsulado de datos en paquetes de transporte de tamaño constante. - Google Patents
Metodo de encapsulado de datos en paquetes de transporte de tamaño constante.Info
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Abstract
PARA INTERACTUAR CON TODO TIPO DE REDES DE TRANSPORTE QUE TRABAJAN CON PAQUETES DE TAMAÑO CONSTANTE, SE PROPONE UN PROCEDIMIENTO DE ENCAPSULACION PARA ADAPTAR DATOS MULTIPLEXADOS, ORGANIZADOS EN PORCIONES SUCESIVAS, ACCESIBLES INDIVIDUALMENTE, A ESTAS REDES. DICHOS DATOS SE SEGMENTAN DE MODO QUE ENCAJEN EN EL TAMAÑO DE LOS PAQUETES DE RED, Y PARA QUE EL SEGMENTO FINAL DE DICHOS DATOS COINCIDA CON DICHO TAMAÑO CONSTANTE, SE LLEVA A CABO UN PASO DE RELLENO PARA AÑADIR UN PAQUETE DE RELLENO A CADA SEGMENTO FINAL. APLICACION: ENCAPSULACION DE DATOS MPEG-4 EN PAQUETES MPEG-2 TS O ATM.
Description
Método de encapsulado de datos en paquetes de
transporte de tamaño constante.
La invención se refiere a un método de
encapsulado en paquetes de tamaño constante para el transporte por
la red de datos organizados en porciones sucesivas, a las que puede
accederse de forma individual, de representaciones codificadas de
objetos audiovisuales, y cada una de dichas porciones está
subdividida en segmentos, y se proporciona una etapa de relleno
para hacer corresponder el último segmento de cada porción con el
tamaño constante de la red de transporte por medio de un paquete de
relleno específico añadido a cada uno de dichos últimos segmentos.
Esta invención es particularmente útil con redes tales como la
corriente de transporte MPEG-2
(MPEG-2 TS, MPEG-2 Transport
Stream) y el modo de transferencia asíncrona (ATM, Asynchronous
Transfer Mode) para el encapsulado de datos MPEG-4
en paquetes de transporte de estas redes.
El futuro estándar MPEG-4, que
estará vigente en enero de 1999, propone formas estandarizadas de
representar objetos audiovisuales (denominados AVO,
Audio-Video Objetcs) de origen natural o sintético
para agruparlos conjuntamente para crear objetos AVO compuestos que
forman escenas audiovisuales, para multiplexar y sincronizar los
datos asociados con estos objetos AVO, y para interaccionar con las
escenas audiovisuales generadas en el extremo del receptor.
Tal como se muestra en la figura 1, descrita
posteriormente de forma más detallada, una escena audiovisual
MPEG-4, recibida por un sistema tal como se ha
descrito, por ejemplo, en el documento "MPEG-4:
Context and objectives", R. Koenen et al., Signal
Processing: Image Communication 9 (1997), mayo 1997, núm. 4, pp.
295-304, se compone normalmente de varios objetos
AVO organizados de forma jerárquica. Las ramas de esta organización
jerárquica son objetos AVO primitivos tales como: un fondo, una
imagen de una persona que habla, la voz asociada con dicha persona,
etc., de cualquier tipo de texto, gráficos, ... y que puede ser
bidimensional o tridimensional (2D, 3D).
Los datos asociados con estos objetos AVO se
transportan en una o varias corrientes elementales (ES, Elementary
Stream), caracterizadas por la calidad de servicio (QoS, Quality of
Service) que requieren para la transmisión y otros parámetros. Las
corrientes de datos procedentes de una red de transmisión o medio de
almacenamiento en forma de corrientes TransMux (TransMux Stream)
deben demultiplexarse adecuadamente para recuperar las corrientes
elementales. Estas corrientes elementales se transmiten entonces a
los decodificadores adecuados para su descompresión y para
reconstruir los objetos AVO originales (Primitive AV Objects).
Entonces se utilizan os objetos AVO decodificados junto con
indicaciones de descripción de la escena que proporcionan
información acerca de la composición de la escena en cuestión para
componer y representar (render) la escena tal como fue descrita por
su autor (en una forma jerárquica dada). Asimismo, en la medida
permitida por el autor, los datos ascendentes se envían nuevamente
a la capa de red para interactuar con la escena.
La parte de sistemas del estándar
MPEG-4 describe un sistema para comunicar
información audiovisual en forma de una representación codificada
de objetos naturales o sintéticos (los objetos de medios denominados
anteriormente objetos AVO). En un sistema de este tipo, en el lado
de emisión, está información audiovisual se comprime, se compone y
se multiplexa en corrientes binarias y, tras la transmisión, en el
lado de recepción, estas corrientes se demultiplexan, descomprimen,
componen y se presentan en el terminal del usuario final (que puede
interactuar de forma general con la presentación). Las corrientes
elementales que transportan los datos asociados con los objetos AVO
contienen la representación codificada de estos datos: información
de descripción de la escena, información audiovisual, información
relacionada con el contenido y otros datos adicionales. Tras la
transmisión, se decodifican las corrientes elementales, se componen
de acuerdo con la información de descripción de la escena (la
composición se define de hecho como el proceso de aplicar
información de descripción de la escena para identificar los
atributos espaciales temporales de los objetos de medios
audiovisuales) y se presentan en el terminal, y todos estos
procesos están sincronizados de acuerdo con el modelo de
decodificación del terminal (=Systems Decoder Model o SDM) y con la
información de sincronización.
El objetivo de dicho modelo SDM es proporcionar
una visión del comportamiento de un terminal que cumple con el
estándar MPEG-4: lo utiliza el emisor para predecir
la forma en que el receptor se comportará en términos de gestión
del almacenamiento intermedio y sincronización al reconstruir la
información audiovisual que compone la sesión. Más concretamente,
un terminal MPEG-4 (tal como el descrito en la
figura 1) comprende una estructura de múltiples capas que consiste
en una capa TransMux, una capa FlexMux y una capa Access Unit
(unidad de acceso), (este modelo de capas proporciona un modelo
común en el que pueden basarse todas las implementaciones de
terminales MPEG-4). La capa TransMux, que designa
cualquier funcionalidad de multiplexión subyacente existente o
futura adecuada para transportar corrientes de datos
MPEG-4 (permitiendo así que se utilice
MPEG-4 en una amplia variedad de entornos
operativos), no está definida en el contexto de
MPEG-4: de hecho, es una interfaz a la red de
transmisión (por ejemplo, MPEG-2 TS o ATM) o al
medio de almacenamiento que permite ofrecer servicios de transporte
que cumplen con la calidad de servicio requerida. La capa FlexMux,
completamente especificada por el estándar MPEG-4,
consiste en una herramienta flexible para intercalar datos (una o
varias corrientes elementales en una corriente FlexMux) y permite
identificar los diferentes canales para los datos que se han
mutliplexado.
La capa Access Unit (unidad de acceso)
transporta información de base de tiempo y unidades de acceso
estampadas de las corrientes elementales y, por tanto, permite una
identificación de unidades de acceso (marcos de vídeo o audio,
instrucciones de descripción de escena, ...) en las corrientes
elementales y una recuperación de base de tiempo (una unidad de
acceso o AU (Access Unit) es la mínima porción a la que puede
accederse de forma individual de la representación codificada de un
objeto AVO dentro de una corriente elemental a la que puede
atribuírsele información de temporización). Una capa de compresión
procesa los datos (elemento de descripción de objeto, información
de descripción de escena, objetos AV primitivos) permitiendo llevar
a cabo las etapas de composición y representación de la escena
audiovisual interactiva en cuestión y los datos correspondientes a
las acciones interactivas permitidas por el canal de retorno.
Además, las corrientes elementales se
transportan de acuerdo con una representación por paquetes: los
datos de las corrientes elementales encapsulados en las denominadas
"corrientes en paquetes SL" se envían y/o reciben a través de
una interfaz de multiplexión de corrientes concebida para encapsular
el demultiplexor del modelo SDM, para proporcionar acceso a datos
en flujo continuo y para rellenar almacenamientos intermedios de
decodificación con estos datos. Una corriente en paquetes SL
consiste en una secuencia de paquetes (según la sintaxis y la
semántica definidas en el estándar) que encapsula una única
corriente elemental. Los paquetes contienen datos de corriente
elemental divididos en las Unidades de Acceso anteriormente
mencionadas, así como información colateral para la temporización y
el etiquetado de las unidades de acceso.
Para una transmisión de datos, y especialmente
de datos multimedia del tipo MPEG-4 a través de
varias redes, el formato de estos datos tiene que adaptarse al
formato con el que la red es capaz de trabajar. Al adaptar paquetes
multiplexados a redes que trabajan con paquetes de tamaño constante
(tal como MPEG-2TS o ATM, como se describirá
posteriormente) para interactuar con estas redes, desafortunadamente
podría suceder, incluso si los datos están segmentados para
adaptarse al tamaño de estos paquetes, que algunos segmentos sean
demasiado pequeños para ajustarse a este tamaño. Algunos documentos
tales como el documento EP 0753954 y, más concretamente, el
documento WO97/28652, describe un método de encapsulado de datos,
organizados en porciones y segmentos, en paquetes de transporte, no
obstante, sin indicación alguna acerca de la adaptación final de
dichos datos al tamaño de dichos paquetes.
Por tanto, un objeto de la invención es proponer
un método específico de adaptación de datos multiplexados a redes
que trabajan con paquetes de tamaño constante.
Para este fin, la invención se refiere a un
método como el descrito en el preámbulo de la descripción y que se
caracteriza además porque el tamaño del paquete de relleno de cada
porción sucesiva se calcula de acuerdo con las siguientes etapas
secundarias:
- -
- se detecta y examina el número de segmentos de cada porción;
- -
- si dicho número es mayor de 1, cada paquete de red sucesivo de tamaño constante se construye añadiendo a cada segmento, excepto al último, encabezamientos adecuados correspondientes a la red de transporte en cuestión, y después se calcula el tamaño del paquete de relleno mediante la diferencia entre el tamaño del último segmento y el tamaño de los paquetes de red y teniendo en cuenta los valores de dichos encabezamientos;
- -
- si dicho número no es mayor de 1, el tamaño del paquete de relleno se calcula mediante la diferencia entre el tamaño del segmento individual y el tamaño de los paquetes de red y teniendo en cuenta los valores de dichos encabezamientos;
- -
- basándose en ese tamaño del paquete de relleno, se construye el último paquete de red completo correspondiente a dicho último segmento o segmento individual.
Ahora se describirán las particularidades y
ventajas de la invención de una forma más detallada en relación con
la siguiente descripción y los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 muestra un ejemplo de un
terminal MPEG-4 que permite construir una escena
audiovisual interactiva;
- la figura 2 ilustra un ejemplo de
representación jerárquica de una escena;
- las figuras 3 y 4 muestran un mecanismo
de encapsulado de datos MPEG-4 según la invención,
respectivamente en el contexto de MPEG-2 TS y en el
contexto de ATM;
- la figura 5 ilustra el proceso de
cómputo empleado para llevar a cabo la invención.
En el estándar MPEG-2 se
codifican y transmiten datos audiovisuales. Con el estándar
MPEG-4, para reconstruir una escena multimedia en
un terminal, debe transportarse un canal de vídeo y audio
sincronizado: por tanto, todos los objetos se multiplexan juntos en
una única corriente global y se transportan al terminal donde se
demultiplexan y se componen para construir y presentar al usuario
final de dicho terminal una escena multimedia que tenga significado
(como ya se ha comentado, puede observarse un ejemplo de una escena
de este tipo en la parte superior de la figura 1). Una descripción
de esta escena completa se realiza gracias a un formato binario
compacto (BIFS, Binary Format for Scene, Formato binario para
escena) que representa un conjunto predefinido de objetos de escena
y comportamientos junto con su relación espacial temporal. La
descripción de escena BIFS consiste en una colección de nodos que
describen la escena y su presentación, tal como se muestra, por
ejemplo, en la figura 2: la figura ilustra un ejemplo de gráfico de
escena que proporciona una representación jerárquica de una escena
de acuerdo con una estructura de árbol que consiste en una jerarquía
de capas organizada en nodos (bien en nodos GN de agrupación que
definen las conexiones jerárquicas o en nodos CN hijos que sólo son
las ramas del árbol) y, si fuera necesario, en conexiones
transversales entre estos nodos, que permiten organizar cualquier
tipo de transmisión de datos entre todos los objetos de la escena.
Los datos correspondientes a dicha descripción de escena BIFS se
transportan al terminal como una corriente elemental, justo como
cualquier corriente de medios audiovisuales asociada con la escena
en cuestión. Obviamente, se adjuntan algunos requisitos al
transporte de corrientes elementales BIFS para una división en
marcos adecuada de los datos transportados y para la estampación de
sellos temporales (un sello temporal es una unidad de información
relacionada con la información temporal en la corriente).
De acuerdo con la parte de sistemas del estándar
MPEG-4, se ha observado que la capa de la unidad de
acceso adapta datos de corriente elemental para la comunicación a
través de la interfaz de multiplexión de corriente (Stream
Multiplex Interface) transportando unidades de acceso de sello
temporal e información de base de tiempo (todos datos consecutivos
que se refieren al mismo tiempo de decodificación forman una única
unidad de acceso). La mínima unidad de protocolo intercambiada
entre entidades AL es, entonces, un segmento de unidad de acceso
denominado unidad de datos de protocolo de capa de unidad de acceso
(AL-PDU, Access Unit Layer Protocol Data Unit) y
consiste en un encabezamiento AL-PDU útil para la
detección de errores y la división en marcos de toda la carga útil
AL-PDU que sigue, y la propia carga útil
AL-PDU, que es el campo de datos que contiene los
datos de corrientes elementales.
De forma similar, la mínima unidad de protocolo
de una corriente FlexMux intercambiada entre entidades FlexMux se
denomina "Unidad de datos de protocolo FlexMux"
(FM-PDU, FlexMux Protocol Data Unit). Al igual que
para todas las unidades AL-PDU, consiste en un
encabezamiento FM-PDU (una información que precede a
la carga útil FM-PDU y que identifica
el(los) canal(es) FlexMux al(los) que pertenece
la carga útil de esta unidad FM-PDU) y la propia
carga útil FM-PDU (el campo de datos de la unidad
FM-PDU). Una o varias unidades
AL-PDU se introducen en una unidad
FM-PDU de acuerdo con un modo que está especificado
(modo simple, modo MuxCode).
En la siguiente descripción, se consideran dos
ejemplos de redes de transmisión o transporte definidas con
paquetes de longitud constante: corriente de transporte
MPEG-2 (MPEG-2 TS) y el modo de
transferencia asíncrono (ATM). Los paquetes MPEG-2
TS tienen una longitud de 188 bytes, que incluye un encabezamiento
de 4 bytes y una carga útil de 184 bytes, mientras que las células
ATM tienen una longitud de 53 bytes, que incluye un encabezamiento
de 5 bytes y una carga útil de 48 bytes. Dado que el tamaño del
paquete es constante con estas redes, existe un problema para
ajustar el último segmento de una unidad de acceso en el caso de
datos MPEG-4. Aquí, se propone utilizar un
mecanismo de relleno para construir la última parte del último
segmento que va a transmitirse a través de la red y para calcular
el tamaño del elemento de relleno de acuerdo con un método
específico.
Debe recordarse que los sistemas
MPEG-2 proporcionan un mecanismo de adaptación según
el cual un denominado "campo de adaptación" permite que datos
de diferentes tamaños se encapsulen en corrientes
MPEG-2 TS. Al requerir este mecanismo mucho tiempo,
se elige realizar la adaptación en el nivel MPEG-4
antes del procesamiento de red (desde un punto de vista más
general, si dicho encapsulado se realiza en el nivel
MPEG-4 pueden tratarse redes como las redes ATM,
que no tienen ninguna adaptación). Tal como se muestra en la figura
3, que ilustra un ejemplo de relleno para un paquete
MPEG-2 TS, una unidad de acceso se segmenta para
producir unidades AL-PDU, cada una de las cuales
está etiquetada con un encabezamiento AL-PDU que
indica parámetros de tiempo y configuración. El último paquete que
no se ajusta a un paquete de red (un paquete MPEG-2
TS = 188 bytes), un paquete de relleno, compuesto por bytes de
relleno únicamente, se añade al último segmento de la unidad de
acceso (en este caso, un paquete de 25 bytes). Entonces, puede
observarse que la adición de las siguientes partes: el paquete de
relleno (25 bytes), el encabezamiento AL-PDU de
dicho paquete de relleno (1 byte), el encabezamiento
FM-PDU asociado (2 bytes: 1 para el número del
canal FlexMux FMC (FlexMux Channel), 1 para los campos de longitud
LEN), y las partes similares sucesivas del último paquete (carga
útil 2 = 150 bytes; encabezamiento AL-PDU = 4
bytes; encabezamiento FM-PDU = 2 bytes;
encabezamiento TS = 4 bytes) da la longitud (= 188 bytes) de un
paquete MPEG-2 TS.
Mientras que la figura 3 muestra un mecanismo de
encapsulado con bytes de relleno en el contexto de
MPEG-2 TS, la figura 4 muestra un mecanismo similar
en el contexto de ATM, con un paquete de relleno de 15 bytes (en
este ejemplo, y un encabezamiento ATM de 5 bytes. En ambos casos los
paquetes se construyen tal como se indica a continuación:
- (1)
- paquete de red = encabezamiento de red (TS, ATM) + carga útil de red;
- (2)
- carga útil de red = FM-PDU;
- (3)
- FM-PDU = encabezamiento FM-PDU + carga útil FM-PDU;
- (4)
- Carga útil FM-PDU = AL-PDU
- (5)
- AL-PDU = encabezamiento AL-PDU + carga útil AL-PDU;
- (6)
- Carga útil AL-PDU = 1 segmento de unidad de acceso
- (7)
- Unidad de acceso = \Sigma (segmentos de unidad de acceso), siendo este último generalmente demasiado pequeño para ajustarse al tamaño constante del paquete asociado a la red en cuestión.
Tanto para MPEG-2 TS como para
ATM, debe calcularse el tamaño del paquete de relleno. Un método de
cálculo de dicho tamaño se ilustra en la figura 5 y comprende las
siguientes etapas secundarias:
- -
- tras iniciar el proceso (INIT) de cálculo, en la unidad de acceso se detecta el número SEGNUM de segmentos;
- -
- se pone a disposición el primer segmento FS y se examina el número de segmentos (¿SEGNUM > 1?);
- -
- si dicho número es mayor de 1 (respuesta SÍ a ¿SEGNUM > 1?), se construye el paquete de red correspondiente a dicho primer segmento (NP BUILT) añadiendo los encabezamientos adecuados correspondientes a la red de transporte en cuestión, y se pone a disposición el siguiente segmento NS;
- -
- si dicho segmento no es el último (respuesta NO a ¿ÚLT SEG?), una conexión de realimentación permite formar un bucle para construir de forma similar el paquete de red correspondiente a dicho mensaje siguiente (NP BUILT), y así sucesivamente;
- -
- por el contrario, si dicho segmento es el último (respuesta SÍ a ¿ÚLT SEG?), se calcula el tamaño PS de relleno mediante la diferencia entre el tamaño de este último segmento y el tamaño del paquete de red y teniendo en cuenta los valores de los distintos encabezamientos;
- -
- si el número SEGNUM no es mayor de 1 (respuesta NO a ¿SEGNUM > 1?), se calcula el tamaño PS de relleno para el segmento individual tal como se indica en la etapa anterior;
- -
- en cuanto se haya calculado el tamaño del relleno, se construye el correspondiente paquete de red completo con bytes de relleno (este paquete se diseña por NPWPB) y ahora se ajusta al tamaño de los paquetes de la red en cuestión.
Claims (1)
1. Método de encapsulado en paquetes de
transporte por red de tamaño constante de datos organizados en
porciones sucesivas, a las que puede accederse de forma individual,
de representaciones codificadas de objetos audiovisuales, y cada
una de dichas porciones está subdividida en segmentos, y se
proporciona una etapa de relleno para hacer corresponder el último
segmento de cada parte con el tamaño constante de la red de
transporte por medio de un paquete de relleno específico añadido a
cada uno de dichos últimos segmentos, caracterizado porque el
tamaño del paquete de relleno de cada porción sucesiva se calcula
según las siguientes etapas secundarias:
- -
- se detecta y examina el número (SEGNUM) de segmentos de cada porción;
- -
- si dicho número es mayor de 1, se construye cada paquete de red sucesivo de tamaño constante (NP BUILT) añadiendo a cada segmento excepto al último un encabezamiento adecuado, correspondientes a la red de transporte en cuestión, y a continuación se calcula el tamaño del paquete de relleno mediante la diferencia entre el tamaño del último segmento y el tamaño de los paquetes de la red y teniendo en cuenta los valores de dichos encabezamientos;
- -
- si dicho número no es mayor de 1, se calcula el tamaño (PS) del paquete de relleno mediante la diferencia entre el tamaño del segmento individual y el tamaño de los paquetes de la red y teniendo en cuenta los valores de dichos encabezamientos;
- -
- basándose en ese tamaño del paquete de relleno, se construye el último paquete de red completo (NPMPB) correspondiente a dicho último segmento o segmento individual.
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