專利名稱：運動圖像專家組－2傳送流的傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體應(yīng)用領(lǐng)域中對運動圖像專家組-2(MPEG-2)傳送流的傳輸，尤其涉及在視頻廣播和會議電視系統(tǒng)中對MPEG-2視音頻流的傳輸方法。
對MPEG-2傳送流的傳輸可通過多種途徑進行，如通過衛(wèi)星網(wǎng)、微波網(wǎng)或地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)等。當需要進行實時傳送時，要求傳輸網(wǎng)為其分配專用信道。目前對MPEG-2傳送流進行實時傳送的應(yīng)用還較為單一，主要是電視節(jié)目的轉(zhuǎn)播，該應(yīng)用主要依附的傳輸網(wǎng)絡(luò)為衛(wèi)星網(wǎng)。但隨著多媒體應(yīng)用層面的拓展和地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，將會有越來越多基于MPEG-2的多媒體應(yīng)用依托地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)來開展其業(yè)務(wù)。
由于MPEG-2主要應(yīng)用于對視音頻信號質(zhì)量有著較高要求的場合，在保證信號質(zhì)量的同時，壓縮后的數(shù)據(jù)碼率相對較高。這就要求在進行實時傳送時(如進行電視節(jié)目轉(zhuǎn)播、召開高質(zhì)量的電視會議等)，傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠為MPEG-2傳送流提供較高的帶寬(一般至少在3M bps以上)。
目前的地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)狀況，同步數(shù)字系列(SDH)占有絕對主導(dǎo)地位。通常SDH向用戶提供以下幾種常用線路接口E1(準同步數(shù)字系列中的一次群線路接口，速率2.048M，歐洲制式)、E3(準同步數(shù)字系列中的三次群線路接口，速率34.368M，歐洲制式)、T3(準同步數(shù)字系列中的三次群線路接口，速率44.736M，北美制式)和STM-1(同步數(shù)字系列中的基本模塊單元接口，速率155.520M)。MPEG-2傳送流在上述接口中進行映射和傳輸?shù)姆椒▏H上已有現(xiàn)行標準(參見標準ITU-T-J.131、ITU-T-J.132)，但標準中只涉及MPEG-2傳送流在單信道中進行傳輸?shù)姆椒ā?br> 在E1、E3、T3、STM-1等接口中，E3、T3、STM-1可用于傳送包含多路節(jié)目的復(fù)合傳送流，當用于傳送只包含一路節(jié)目的傳送流(典型帶寬3M-8M)時則對帶寬浪費較大；E1接口由于帶寬太低，用單路E1信道來進行MPEG-2傳送流的傳輸基本沒有實用價值。因此，如何在地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)中對單節(jié)目傳送流進行有效的傳輸是目前需要進行研究和解決的問題。
本發(fā)明所描述的在多個E1信道上進行MPEG-2傳送流傳輸?shù)姆椒ㄈ缦掠糜趥魉偷腗PEG-2傳送流首先通過碼率適配過程適配成為與當前信道可用凈荷速率相匹配的傳送流；對該傳送流以傳送流包(TStransport stream packet，MPEG-2傳送流的基本單位，每個包為188字節(jié))為單位，在各TS包中增加用于碼流拆分和碼流恢復(fù)的附加信息并進行節(jié)目參考時鐘(PCR)調(diào)整；對調(diào)整后的MPEG-2傳送流以TS包為單位進行碼流拆分和信道分配，將其平均分配至多路E1信道中，并通過各路E1信道送上傳輸網(wǎng)傳輸；對傳輸網(wǎng)上接收到的各路E1信道中的TS包進行恢復(fù)，再根據(jù)各TS包中的附加信息對整個MPEG-2傳送流進行碼流恢復(fù)處理，然后將原始的MPEG-2傳送流輸出。
采用本發(fā)明所述方法，可靈活有效地利用現(xiàn)有SDH傳輸網(wǎng)中的多個E1信道來完成對MPEG-2傳送流的傳輸，從而克服在現(xiàn)有SDH地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)中難以對MPEG-2單節(jié)目傳送流進行有效傳輸?shù)膯栴}。
圖2是

圖1中碼率適配過程流程圖。
圖3是圖1中TS包的再封裝和PCR調(diào)整過程流程圖。
圖4是圖1中碼流拆分過程流程圖。
圖5是圖1中信道分配過程流程圖。
圖6是圖1中碼流恢復(fù)過程流程圖。
圖7是以4路E1信道為例的對TS包進行再封裝處理后的TS包包結(jié)構(gòu)及附加信息字節(jié)格式。
圖1是在N路E1信道上進行MPEG-2傳送流傳輸?shù)目偭鞒淌紫龋糜趥鬏數(shù)腗PEG-2傳送流經(jīng)過碼率適配過程成為與當前信道速率相匹配的傳送流；完成TS包的再封裝和PCR調(diào)整即對該傳送流以傳送流TS包(TStransport stream packet，MPEG-2傳送流的基本單位，每個包為188字節(jié))為單位，在各TS包中增加用于碼流拆分和碼流恢復(fù)的附加信息并進行節(jié)目參考時鐘(PCRprogram clock reference)調(diào)整；調(diào)整后的碼流經(jīng)過碼流拆分和信道分配過程后通過N路E1信道送上傳輸網(wǎng)傳輸；接收端在從傳輸網(wǎng)上接收到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行碼流恢復(fù)處理，并在恢復(fù)處理完成后將原始的MPEG-2傳送流輸出，從而完成整個處理流程。
圖2、圖3、圖4的過程可以由同一個定時器產(chǎn)生的定時中斷定時觸發(fā)和順序調(diào)用；圖5中的過程可以由一個在時間周期上為E1幀時間周期或E1幀時間周期整數(shù)倍的定時中斷定時觸發(fā)調(diào)用。定時器的具體時間間隔根據(jù)具體實現(xiàn)時輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)的大小來確定，原則上需保證在任何時刻各緩沖區(qū)既不上溢也不下溢。
圖2所示為碼率適配過程當本過程被定時中斷調(diào)用時，首先檢測輸入緩沖區(qū)中是否有MPEG-2傳送流數(shù)據(jù)，如果有則進行同步處理。同步處理的目的是為了使對輸入傳送流的處理能夠以TS包為基本單位進行。如果輸入不能同步，則始終進行同步處理，直至輸入同步或輸入緩沖區(qū)為空；如果輸入緩沖區(qū)中沒有MPEG-2傳送流數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)至傳輸緩沖區(qū)處理流程；同步后的傳送流數(shù)據(jù)將以TS包為單位從輸入緩沖區(qū)搬移至傳輸緩沖區(qū)。傳輸緩沖區(qū)用于碼率適配過程中的碼率適配和碼率平滑。當傳輸緩沖區(qū)處于小于設(shè)定值時，說明輸入數(shù)據(jù)不足以供輸出使用，需要填充空包來進行碼率適配。當傳輸緩沖區(qū)在填充了足夠的空包而大等于設(shè)定值(設(shè)定值為半滿狀態(tài)時效果最佳)，本過程結(jié)束并退出，等待下一次調(diào)用。
碼率適配完成后，傳輸緩沖區(qū)中已有足夠分配給各路E1信道的TS包供輸出使用，這時需要將傳輸緩沖區(qū)中的TS包平均分配給各個E1信道輸出緩沖區(qū)輸出。如圖3所示在處理每一路E1信道輸出緩沖區(qū)的過程中，當從傳輸緩沖區(qū)讀出一個TS包時，首先對該TS包進行再封裝，即增添附加信息字節(jié)。如果當前TS包含有PCR字段，那么除了進行再封裝處理以外還需要對該包中的PCR值進行PCR調(diào)整處理。再封裝和PCR調(diào)整完成后的TS包即被搬移至當前E1信道輸出緩沖區(qū)，隨后相同的處理過程再次進行，直至當前E1信道輸出緩沖區(qū)達到設(shè)定值(設(shè)定值為半滿狀態(tài)時效果最佳)。
本發(fā)明中，MPEG-2傳送流需要通過多個E1信道進行傳輸，那么如何在接收端從多個信道中重新恢復(fù)出原始碼流是本技術(shù)的關(guān)鍵所在?？紤]到MPEG-2傳送流是以TS包為基本組成單位，那么在原TS包上增加一些有助于碼流拆分和碼流恢復(fù)的附加信息字節(jié)并利用該信息完成MPEG-2傳送流在發(fā)送方向的碼流拆分和在接收方向的碼流恢復(fù)將是一種簡單可行的方法。
可以對MPEG-2傳送流中的每個TS包依次進行編號，并將包編號作為TS包的附加信息字節(jié)隨該包一同傳送，這樣在接收端只需先對從不同E1信道上接收到的TS包進行緩存，再根據(jù)附加在TS包中的包編號信息對緩存中的TS包進行重新排序，即可恢復(fù)出原始碼流。由于包編號信息的正確與否對接收端的碼流恢復(fù)至關(guān)重要，因此對包編號信息增加必要的校驗處理，如循環(huán)冗余校驗(CRC)是在實際實現(xiàn)中所必須考慮的。在將包編號作為TS包附加信息的同時，還可考慮將一些其他信息，例如當前實際使用的E1信道數(shù)，信道分配狀況等輔助信息也作為TS包的附加信息一同傳送，這樣將更有利于在接收端對數(shù)據(jù)的處理以及對整個系統(tǒng)的維護。
由于附加信息字節(jié)是在原TS包上進行添加，因此本步驟可視為對TS包所進行的再度封裝。本發(fā)明希望通過對上文所給出的一種具體實現(xiàn)方法的說明和解釋來闡明并提出一種叫做“再封裝處理”的方法和思路，在具體的再封裝處理實現(xiàn)上則可并不局限于該方法。除上述的一種具體可行的再封裝處理方法之外，對TS包的封裝格式以及附加信息字節(jié)的具體定義可在實際應(yīng)用中根據(jù)需要在具體的實現(xiàn)過程中再進行具體定制，但在再封裝處理中對再封裝格式及附加信息字節(jié)進行定義的總體原則是要有利于在發(fā)送端對碼流的拆分和在接收端對碼流的可靠恢復(fù)并且在處理過程上盡可能簡單。
PCR調(diào)整碼率適配后的傳送流由于空包的添加而引入了節(jié)目參考時鐘PCR(program clock reference，MPEG-2中用于傳送系統(tǒng)時鐘信息的33位數(shù)據(jù))的抖動，因此必須進行PCR調(diào)整，否則將有可能導(dǎo)致接收端解碼器的工作異常。PCR的調(diào)整有多種實現(xiàn)方法，在具體實現(xiàn)時可根據(jù)實際應(yīng)用情況具體選擇。
把從傳輸緩沖區(qū)中讀出，并經(jīng)過再封裝和PCR調(diào)整后的TS包搬移至各路E1信道輸出緩沖區(qū)的過程即為圖4所示的碼流拆分過程。碼流拆分過程從處理第1路E1信道輸出緩沖區(qū)到處理第N路E1信道輸出緩沖區(qū)順序進行。當所有N路E1信道輸出緩沖區(qū)均達到設(shè)定值時，表明在下一次定時中斷到來之前，各路E1信道輸出緩沖區(qū)中已有足夠的數(shù)據(jù)供E1信道輸出使用，此時圖3、圖4的過程調(diào)用結(jié)束并退出，等待下一次定時中斷觸發(fā)調(diào)用。
對傳送流的拆分將以TS包為單位來進行，即每一個完整TS包中的所有字節(jié)必定是通過同一路E1信道來進行傳輸，不同的TS包則根據(jù)需要分配在不同的E1信道。這樣，一路完整的傳輸流將被拆分成N部分(N為E1信道路數(shù))分別通過N路E1信道傳輸數(shù)據(jù)并在接收端匯集。由于各路E1信道彼此平等，并且是在同時傳輸數(shù)據(jù)，因此在具體實現(xiàn)時必須對碼流拆分的均勻性進行充分考慮。一種簡單并且可行的方法是采取順序輪循的方式將TS包依次分配給各路E1信道。
圖5所示的過程為信道分配過程，該過程由一個時間周期為E1幀時間周期或為E1幀時間周期整數(shù)倍的定時中斷單獨觸發(fā)調(diào)用。由于定時中斷的時間周期是E1幀時間周期的整數(shù)倍，因此在每次的過程調(diào)用中處理的數(shù)據(jù)為P幀E1數(shù)據(jù)(P＝定時中斷時間周期/E1幀時間周期)。
E1的1幀數(shù)據(jù)包含32個時隙，每個時隙為1個字節(jié)，其中0時隙為E1幀頭，16時隙用于傳送隨路信令，這兩個時隙一般不對用戶開放，因此，每個E1幀包含30個可用時隙，即每個E1幀可以傳送30個字節(jié)。信道分配的處理過程中每次調(diào)用時，分別從各路E1信道的輸出緩沖區(qū)中讀取30*P個字節(jié)填充至各路E1成幀器的時隙緩沖區(qū)中，再由E1成幀器按標準的E1幀格式將數(shù)據(jù)輸出至E1信道，完成數(shù)據(jù)傳輸。其中E1成幀器有多種專用芯片，該功能可由專用芯片完成。
經(jīng)過上述處理，即完成了MPEG-2傳送流在多個E1信道上的發(fā)送。在接收方向?qū)?shù)據(jù)的接收和碼流的恢復(fù)處理較為簡單，如圖6所示只需先對從各個E1信道上傳送過來的TS包進行匯集，再根據(jù)包含在各個TS包中的附加信息對所有收到的TS包進行序列恢復(fù)和附加信息字節(jié)的去除處理，即可恢復(fù)出原始的MPEG-2傳送流。
下面給出一種對TS包進行再封裝處理時的格式，包括再封裝后的包格式定義和附加信息字節(jié)格式的定義一、包格式經(jīng)過再封裝處理后的TS包長度將比原長度增加M個字節(jié)，其中M為附加信息字節(jié)數(shù)。
二、附加信息字節(jié)格式附加信息字節(jié)按所包含的信息內(nèi)容分為三類。
1、信道信息字節(jié)，包含當前TS包所在E1信道的信道編號信息和當前傳輸信道使用狀態(tài)信息(如共有多少路E1信道，有哪幾路在使用中)。由于E1信道數(shù)目為變值，因此信道信息字節(jié)的字節(jié)數(shù)也將根據(jù)具體的應(yīng)用而為不同的長度。
2、包編號字節(jié)，用于傳送在對整個傳送流的TS包進行編號過程中當前TS包所獲得的包編號，其中包編號的循環(huán)周期可在具體實現(xiàn)時根據(jù)實際情況進行不同的定義(例如定義為從0～255循環(huán)遞增)。包編號的二進制編碼在按某一固定bit數(shù)(例如每4個bit)均勻分割成X部分后分別在X個字節(jié)中進行傳送，并且在每個字節(jié)中都要對其所包含的包編號信息做循環(huán)冗余校驗(CRC)。
3、保留字節(jié)保留字節(jié)作為預(yù)留資源保留給將來的功能擴展使用。
圖7是以4路E1信道應(yīng)用為例對所描述的再封裝包格式和附加信息字節(jié)格式的具體說明。
在針對4路E1信道的再封裝附加信息格式中，再封裝后的TS包由原來的188字節(jié)變?yōu)?92字節(jié)，多出的4個字節(jié)為附加信息字節(jié)，各字節(jié)所包含信息的具體說明如下附加信息字節(jié)1bit7，bit62bit指示信道編號(00、01、10、11)bit5，bit42bit指示信道編號(00、01、10、11)bit7、bit6和bit5、bit4所指示的信息用于標明當前TS包的數(shù)據(jù)是由哪一路E1信道來承載的。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的數(shù)據(jù)互為校驗，二者應(yīng)為相同，若不相同，則說明傳輸過程中出現(xiàn)誤碼，該信息被視為無效。
bit3～bit0指明當前信道的使用狀態(tài)，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。該信息和信道編號信息的配合使用可以實現(xiàn)E1信道路數(shù)的靈活配置，即用于復(fù)用的E1信道可從1路到4路動態(tài)改變，而接收端能夠根據(jù)附加信息字節(jié)1的信息做到自動適應(yīng)。附加信息字節(jié)2bit7～bit4包編號高位bit3～bit1bit7～bit4的CRC校驗位。
Bit0保留。附加信息字節(jié)3bit7～bit4包編號低位bit3～bit1bit7～bit4的CRC校驗位。
Bit0保留。
附加信息字節(jié)2和附加信息字節(jié)3中包含當前TS包的包編號信息。包編號為8位，數(shù)值從0～255循環(huán)遞增。附加信息字節(jié)2包含包編號的高4位，附加信息字節(jié)3包含包編號的低4位。每個TS包在輸出時按先后順序依次進行編號并增加包編號信息，這樣在接收端就可根據(jù)包編號信息來恢復(fù)出從不同路徑傳來的各TS包的原始順序。由于接收端完全通過包編號來對碼流進行恢復(fù)，包編號在傳輸過程中的可靠性至關(guān)重要，因此對包編號的傳輸通過2個字節(jié)來完成，目的是增加循環(huán)冗余校驗(CRC)處理，以確保包編號的可靠性。
其中所采用的CRC校驗為(7，4)CRC校驗，生成多項式為G(x)＝x3+x+1CRC校驗的所有碼字列表如下0000 000 1000 1010001 011 1001 1100010 110 1010 0110011 101 1011 0000100 111 1100 0100101 100 1101 0010110 001 1110 1000111 010 1111 111附加信息字節(jié)4保留附加信息字節(jié)4留作將來功能擴展并需要傳送其他附加信息時使用，目前暫且保留。
權(quán)利要求
1.運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，包括以下步驟(1)、用于傳送的運動圖像專家組-2傳送流首先通過碼率適配過程適配成為與當前信道可用凈荷速率相匹配的傳送流；(2)、對該傳送流以傳送流包為單位，在各傳送流包中增加用于碼流拆分和碼流恢復(fù)的附加信息并進行節(jié)目參考時鐘調(diào)整；(3)、對調(diào)整后的運動圖像專家組-2傳送流以傳送流包為單位進行碼流拆分和信道分配，將其平均分配至多路E1信道中，并通過各路E1信道送上傳輸網(wǎng)傳輸；(4)、對傳輸網(wǎng)上接收到的各路E1信道中的傳送流包進行恢復(fù)，再根據(jù)各傳送流包中的附加信息對整個運動圖像專家組-2傳送流進行碼流恢復(fù)處理，然后將原始的運動圖像專家組-2傳送流輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于所述的步驟(1)碼率適配過程如下首先檢測輸入緩沖區(qū)中是否有運動圖像專家組-2傳送流數(shù)據(jù)，如果有則進行同步處理；如果輸入不能同步，則始終進行同步處理，直至輸入同步或輸入緩沖區(qū)為空；如果輸入緩沖區(qū)中沒有運動圖像專家組-2傳送流數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)至傳輸緩沖區(qū)處理流程；同步后的傳送流數(shù)據(jù)將以傳送流包為單位從輸入緩沖區(qū)搬移至傳輸緩沖區(qū)；當傳輸緩沖區(qū)處于小于設(shè)定值時，需要填充空包來進行碼率適配；當傳輸緩沖區(qū)在填充了足夠的空包而大等于設(shè)定值時結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于所述的增加用于碼流拆分附加信息是對運動圖像專家組-2傳送流中的每個傳送流包依次進行編號，并將包編號作為傳送流包的附加信息字節(jié)隨該包一同傳送。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于所述對包編號信息增加循環(huán)冗余校驗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于將當前實際使用的E1信道數(shù)、信道分配狀況等輔助信息作為傳送流包的附加信息一同傳送。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于步驟(3)中碼流拆分過程如下從處理第1路E1信道輸出緩沖區(qū)到處理第N路E1信道輸出緩沖區(qū)順序進行，當所有N路E1信道輸出緩沖區(qū)均達到設(shè)定值時結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于步驟(3)所述的信道分配過程由時間周期為E1幀時間周期或為E1幀時間周期整數(shù)倍的定時中斷單獨觸發(fā)調(diào)用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于步驟(4)中對數(shù)據(jù)的接收和碼流的恢復(fù)處理如下需先對從各個E1信道上傳送過來的傳送流包進行匯集，再根據(jù)包含在各個傳送流包中的附加信息對所有收到的傳送流包進行序列恢復(fù)和附加信息字節(jié)的去除處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于所述設(shè)定值為半滿狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動圖像專家組-2傳送流的傳輸方法，其特征在于對各傳送流包中增加用于碼流拆分和碼流恢復(fù)的附加信息后的包格式如下傳送流包長度將由原來字節(jié)增加M個字節(jié)，其中M為附加信息字節(jié)數(shù)；對各傳送流包中增加用于碼流拆分和碼流恢復(fù)的附加信息后的附加信息字節(jié)格式如下信道信息字節(jié)，包含當前傳送流包所在E1信道的信道編號信息和當前傳輸信道使用狀態(tài)信息；包編號字節(jié)用于傳送在對整個傳送流的傳送流包進行編號過程中當前傳送流包所獲得的包編號，包編號的二進制編碼在按某一固定比特數(shù)均勻分割成X部分后，分別在X個字節(jié)中進行傳送，并且在每個字節(jié)中都要對其所包含的包編號信息做循環(huán)冗余校驗；保留字節(jié)，用來預(yù)留給將來的功能擴展使用。
全文摘要
運動圖像專家組－2傳送流的傳輸方法，涉及視頻廣播和會議電視系統(tǒng)中對MPEG－2視音頻流的傳輸，首先將用于傳送的MPEG－2傳送流適配成為與當前信道可用凈荷速率相匹配的傳送流；對該傳送流以傳送流包為單位，增加用于碼流拆分和碼流恢復(fù)的附加信息并進行節(jié)目參考時鐘調(diào)整；再以傳送流包為單位進行碼流拆分和信道分配，然后對傳輸網(wǎng)上接收到的各路E1信道中的傳送流包進行恢復(fù)，再根據(jù)其中的附加信息對整個MPEG－2傳送流進行碼流恢復(fù)處理，將原始的MPEG－2傳送流輸出；本發(fā)明可靈活有效地利用現(xiàn)有SDH傳輸網(wǎng)中的多個E1信道來完成對MPEG－2傳送流的傳輸。
文檔編號H04N7/26GK1455597SQ0211160
公開日2003年11月12日 申請日期2002年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月29日
發(fā)明者謝俊杰, 余載泉, 田智平 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司