在T－MMB系统中采用MPE－FEC技术实现IP流模式业务的方法

摘要

本发明提供了一种在地面移动多媒体广播(T－MMB)系统中采用多协议封装－前项纠错(MPE－FEC)的技术实现以流模式传输IP业务的方法。MPE－FEC技术将IP业务中的各个IP数据报经分割、重组后，构成MPE－FEC帧的形式，使数据达到虚拟时间交织的效果，在此基础上将数据封装为MPE段和MPE－FEC段，在段头中同步添加实时参数信息，便于时间分片技术的采用和MPE－FEC帧的相关信息的指示，各数据段经碎片化后映射到MPEG－2 TS包中，实现IP流模式业务在T－MMB系统中的传输和接收。

说明书

技术领域

本发明涉及数字多媒体广播系统，特别是针对T-MMB系统发射/接收端使用MPE-FEC多协议封装-前向纠错技术实现T-MMB业务中的IP流模式业务的方法。

背景技术

地面移动多媒体广播(Terrestrial Mobile MultimediaBroadcasting，T-MMB)系统兼容数字音频广播DAB，在传输帧中可以实现DAB、DAB-IP、T-DMB、T-MMB等四类业务的时间复用，如图1所示。支持更高阶的调制方式，如8DPSK或16DAPSK，提高了频谱利用率，如图2所示。T-MMB业务除了支持原来的卷积编码外还采用更先进的LDPC编码，纠错能力更强。

为兼容IP主干网，允许IP多媒体业务通过移动手持终端或车载终端来收听或观看数字广播节目，欧洲数字广播(DAB)采取在传统的DAB包模式的基础上加以修订，提出包模式的IP化，即DAB-IP方案，可以将接收自因特网的IP数据直接插入到DAB包中，并附加相应的前向纠错机制后送入DAB的承载网进行传输，实现了用数字广播技术传输IP业务的方法。

DAB-IP的包模式具有传输的突发性和灵活性的优点，且因其附加了前向纠错(FEC)技术，较之传统的DAB包模式具有抗干扰性强、移动性能好的优势，但由于受到包长度短的限制，对传输视频数据而言其因封装造成的包头的开销相对比重较大，从而相应地减少了传输节目的数量。为克服上述缺点，提出了IP流模式传输方案。

T-MMB业务可以以包模式和流模式的方式传输，视频节目可以以TS流模式传输，IP业务以包模式传输。T-MMB的IP业务也可以用IP流模式的方式在T-MMB系统中有效传输。

IP流模式的实现采用MPE-FEC封装技术，对IP数据报进行MPE封装并附加相应的FEC纠错保护机制和时间交织机制，进一步提高系统的抗干扰性能和移动接收性能。当采用IP流模式传输业务，如IP数据仅经过MPE封装而未加入FEC纠错数据，在接收性能相当的情况下，其所传输业务的有效数据量一般多于IP包模式(附加FEC机制)；当采用FEC前向纠错机制时，在段头和附加纠错总开销和IP包模式相当的情况下，其移动接收的性能和抗干扰能力更好。

发明内容：

本发明的目的是通过采用MPE-FEC技术，实现了一种优于现有的用于传输IP业务的包模式机制的IP流模式机制在T-MMB系统中的有效传输。

本发明提出一种在T-MMB系统中采用MPE-FEC技术实现IP流模式业务发射/接收的方法，包括：

一种新的用于T-MMB系统的IP数据的传输方式；

扩充了快速信息信道(FIC)的快速信息组(FIG)类型0扩展2，用于指示IP流模式业务，同时增加一个FIG类型1扩展2，用于指示子信道MPE-FEC的信息；

在数据链路层对来自网络层的从属于同一个IP业务的IP数据报采用MPE-FEC多协议封装-前向纠错技术；

MPE-FEC技术对欲传送的IP数据报采取了里德索罗门(RS)编码的前向纠错保护机制，并配合相应的时间交织技术，将编码后的数据和校验信息分别按照MPE段和MPE-FEC段的语法格式进行封装；

将封装好后的MPE段和MPE-FEC段插入到MPEG-2TS包中，实现IP流模式业务在T-MMB系统中的有效传输。

按照上述的方法，进一步包括：扩充FIC中FIG类型0扩展2-FIG0/2中数据业务成分类型(DSCTy)字段的定义，来标识T-MMB业务中的该IP流模式业务。

按照上述的方法，进一步包括：增加一个FIG类型1扩展2-FIG1/2，包括：子信道标识符(SubChId)、MPE标识符(MPEidentifier)、MPE-FEC帧尺寸(Frame size)字段，用于指示IP流模式业务关于MPE-FEC封装信息、MPE-FEC帧信息及相应纠错保护信息。

按照上述的方法，进一步包括：IP数据以MPE-FEC帧的形式实现数据的虚拟时间交织和FEC的前向纠错保护机制。

按照上述的方法，进一步包括：将IP数据报按列依次从左到右写入应用数据表(一种记忆矩阵)，表中每一格的单位为字节；对应用数据表中的IP数据按行的顺序进行RS编码，将编码数据放入RS数据表中；再以列的顺序依次输出IP数据且封装成MPE段；将RS数据表中的每列的校验码字数据均封装成独立的MPE-FEC段。

按照上述的方法，进一步包括：IP数据报被安排在一个记忆矩阵中，其列数固定为188字节，行的数量是可变的(不超过1024字节)，该值在FIC中新增的快速信息组(FIG)类型1扩展2-FIG1/2中被指示。

按照上述的方法，进一步包括：所采用的FEC前项纠错保护机制，其纠错码为RS(204，188)。

附图说明

图1是T-MMB系统业务复用的发射框图。

图2是T-MMB系统主信号产生框图。

注：传输模式I时，使用每个复用器的4个输入。

传输模式IV时，只使用每个复用器的2个输入。

图3是T-MMB系统采用MPE-FEC的IP流模式的业务生成流程图。

图4是FIC中描述T-MMB系统的基本业务组织的FIG0/2的配置结构图。

图4中各个标识的含义如下：

SId：业务标识符。

Service Identifier description(业务标识符描述)：

-Country Id：国家标识符。

-Service reference：业务参考。

-ECC：扩展的国家代码。

Local flag：局部标记。

CAId：条件接入标识符。

Number of service components：业务成分数。

Service component description(业务成分描述)：

-TMId：传输机制标识符。

-ASCTy：音频业务成分类型。

-SubChId：子信道标识符。

-P/S：主要/次要标识。

-CA flag：CA标记。

-DSCTy：数据业务成分类型。

-FIDCId：快速信息数据信道标识符。

图5是T-MMB系统前端数据链路层MPE-FEC帧结构示意图。

图6是T-MMB系统采用MPE-FEC实现IP流模式业务的MPE段配置结构图。

图7是T-MMB系统采用MPE-FEC的IP流模式业务前端数据映射图。

图8是T-MMB系统采用MPE-FEC实现IP流模式业务的MPE-FEC段配置结构图。

图9是T-MMB系统采用MPE-FEC技术的实时参数标识图。

图10是FIC中描述T-MMB系统的MPE-FEC的子信道信息的FIG1/2的配置结构图。

-SubChId(子信道标识符)

-MPE identifier(MPE标识符)

-Frame size(MPE-FEC帧尺寸)

图11是T-MMB系统采用MPE-FEC的IP流模式接收端示意图。

具体实施方式

本发明涉及的T-MMB系统采用MPE-FEC的IP流模式信号的生成流程图如图3所示。

为了在T-MMB系统中实现IP流模式业务的传输，须采用MPE-FEC技术，将来自于同一个IP业务(具有相同IP地址)的IP数据报依次送入到应用数据表，经过RS(204，188)的前向纠错保护及相应的时间交织后，将IP数据和校验数据分别封装为MPE段和MPE-FEC段，映射到MPEG-2 TS包中，作为T-MMB的IP流模式业务进入T-MMB系统中进行传输。

T-MMB系统的IP流模式业务的标识通过FIG类型0扩展2-FIG0/2中DSCTy字段来指示，当DSCTy＝011011时，表示该业务为T-MMB的IP流模式业务，如图4所示。

在T-MMB系统中应用MPE-FEC技术的具体实现方法为：将同一IP业务的IP数据报按列从左到右依次送入应用数据表(一种记忆矩阵，每一格的单位为字节)，该矩阵的列数固定为188字节，行数可变(不超过1024行)，表中数据未填满部分用零填充。数据放置完毕后，对每一行的188字节的数据均进行RS(204，188)纠错保护，在应用数据表之后构成与应用数据表行数相同的RS数据表。仍然按列的顺序从左到右依次取出原IP数据，并按照MPE section( )语法格式对IP数据进行MPE封装。再取出RS数据表的整列RS校验码字，每列均用来构成一个独立的MPE-FEC section，并对其按照MPE-FEC section( )语法格式进行封装。由于数据按列进入应用数据表，而按照行的顺序进行RS纠错保护，数据在连续的时间内出现错误的概率被分散了，达到了时间交织的效果，如图5所示。

其中，MPE字段的封装格式以及映射到MPEG-2 TS包的具体方法为：数据链路层接收来自于上层的属于同一个IP业务的IP数据报，将这些IP数据报分割为IP数据段，每个IP数据段(均保留IP头，长度为20字节)的最大长度不超过1008字节。将每个IP数据段按照MPE section( )语法格式封装为MPE段，如图6所示。将封装好后的MPE段再进行碎片化，插入到MPEG-2 TS包中。由于MPEG-2 TS包的固定长度为188字节(其中包头4字节)，因此MPE段须碎片化的长度为184字节。如果一个MPE段最后一个碎片的长度不足184字节，则利用剩余的空间填充下一个MPE段。当一个TS包中出现新的MPE段时，则须重新定义当前所在的TS包头中的PUSI字段，同时在紧接TS包头后的第一个字节中里插入一个NMP(NextMessage Pointer)字段(1字节)，用于指出下一个新MPE段在当前TS包中的开始位置。具体的说，如果当前TS包中存在新的MPE段时，PUSI＝1，表示存在NMP，NMP指示该新的MPE段在当前TS包中的位置(NMP的值从NMP的下一个字节算起，即如果新的MPE段起始位置紧跟着NMP，则NMP＝0，以此类推)，此时，相应的TS包净数据量为183字节，对MPE段碎片化的长度也要相应为183字节；如果当前TS包中没有新的MPE段(即MPE段的起始位置并不在当前TS包中)，则PUSI＝0，表示不存在NMP，相应的TS包净数据量为184字节，对MPE段碎片化的长度也要相应为184字节，过程如图7所示。

对MPE-FEC字段的封装格式及映射到MPEG-2 TS包的具体方法和MPE封装方法类似。区别在于：MPE-FEC段中的数据直接来自于RS数据表，且每个MPE-FEC段均包含了RS数据表的完整的一列RS码字。对MPE-FEC section( )的语法填充和MPE section( )有所不同，如图8所示。

在MPE section( )和MPE-FEC section( )的段头字段中均包含了实时参数，其填充格式按照real_time_parameters( )，如图9所示，具体包括：

delta_t：描述了时间分片的信息，指示了从当前所在的分片(burst)中的每个MPE段(或MPE-FEC段)的第一个字节起，到下一个分片的第一个字节的时间长度。可见，同一个时间片中的不同MPE段和MPE-FEC段的delta_t的值是不同的；

table_boundary：表的边界标识；

frame_boundary：时间片(如采用时间分片技术)或MPE-FEC帧的边界标识；

address：每个MPE段和MPE-FEC段数据区起始首字节在MPE-FEC帧中的位置。

如果接收机不支持MPE-FEC机制(即不识别FEC数据)，则当接收到MPE段头中的table_boundary＝1时，表示所有MPE段数据接收完毕，接收机将忽略后续的MPE-FEC段数据。当接收机发现frame_boundary被标识为“1”时，表明当前分片已传送结束，接收机将等待delta_t时间再接收下面的时间片数据。

T-MMB发射端的IP数据经过MPE-FEC封装后映射成为MPEG-2 TS格式，由T-MMB业务接口进入，相应的对子信道的MPE-FEC参数的描述在FIC新增加的FIG类型1扩展2-FIG1/2中标识，如图10所示，具体包括：

SubChId(子信道标识符)：这个6比特区域编码为无符号的二进制数，用来指示某个子信道。

MPE identifier(MPE标识符)：这2个比特用于指示相关子信道的IP流模式业务是否采用MPE-FEC。具体如下：

00：使用MPE-FEC多协议封装-前向纠错机制

01：仅使用MPE多协议封装，不使用FEC前向纠错机制

10：不使用MPE-FEC

11：预留

Frame size(MPE-FEC帧尺寸)：这2个比特用于指示MPE-FEC帧尺寸(即应用数据表的行数，单位：字节)。具体如下：

00：256

01：512

10：768

11：1024

当IP数据经MPE-FEC技术封装，映射为MPEG-2 TS后，经T-MMB业务接口传输T-MMB的IP流模式业务，可选择T-MMB流模式业务中的RS+卷积编码或低密度奇偶校验LDPC两种流模式路径中的任一种。

T-MMB接收机对IP流模式业务的接收方式如下：

根据接收到的快速信息FIG类型0扩展2的数据字段中的DSCTy(数据业务成分类型)，确定各个业务的业务类型；如DSCTy＝011011，则为T-MMB的IP流模式业务，再解码快速信息FIG类型1扩展2的数据字段，确定各个子信道所采用的MPE-FEC封装信息和纠错保护信息；

接收完整的MPEG-2 TS的IP流模式业务数据，并依次映射为MPE段和MPE-FEC段，接收机通过CRC32判断各个段是否正确接收，对正确的段，利用段头中的地址信息，找到该段在MPE-FEC帧中的位置，并标识为“可靠位置”，反之，标识为“不可靠位置”；

如正确接收到MPE段头中table_boundary标识，则标识MPE-FEC帧中“填充字节”为“可靠位置”，否则标识为“不可靠位置”。根据各个MPE-FEC段头中均标识的“填充列数”(padding columns)的值，确定MPE-FEC帧的应用数据表中“填充列”为“可靠位置”；

接收机根据上述过程所提供的各数据段的误码信息，再利用前向纠错码FEC对应用数据表中每行数据进行纠错保护，如错误字节数目超出纠错码的纠错范围，则无法纠错，输出错误数据。过程如图11所示。

举一个例子，假设来自于同一个IP业务(具有相同的IP地址)的IP数据报经过前端IP主干网传输，到达T-MMB系统的前端MPE-FEC封装部分(IP封装机)，MPE-FEC帧尺寸为设为256，接收机支持FEC机制，并采用时间分片技术(每个MPE-FEC帧进入一个时间片)。

(1)发射端：

FIC的相关FIG字段的填充：

填充快速信息组FIG0/2的DSCTy字段为011011，标识业务类型为T-MMB的IP流模式业务；填充快速信息组FIG1/2的各个子信道的MPE-FEC帧信息，MPE identifier＝00(采用MPE-FEC机制)，Frame size＝00(MPE-FEC帧尺寸为256字节)；时间分片的标识由相关指示时间分片的快速信息指示。

IP数据的封装处理过程：

将所有IP数据报进行分割并重新封装成数据长度不超过1008字节的IP数据报(每个分割后的IP数据报均包含IP头，长度20字节)；将IP数据报依次按照纵列填入应用数据表(行数：256，列数：188，单位：字节)，未填满处用零填充；对应用数据表中的数据按行进行前向纠错FEC，采用的前向纠错机制为RS(204，188)(此纠错码为RS(255，239)的截断码，实际采用的编译码器均为RS(255，239)，具体通过编码时在188字节的数据信息位的前端附加51个零字节，译码后再删除这51个零字节来实现)；按照MPE section( )格式将IP数据报封装为MPE段，同时在MPE段头中添加实时参数信息；同样，将RS数据表中的前向纠错码按整列取出，均按照MPE-FECsection( )格式封装为MPE-FEC段；将MPE段和MPE-FEC段映射到长度为188字节的MPEG-2 TS包中；将封装为MPEG-2TS格式的IP数据连同相应的PSI、SI信息进行复用后，从T-MMB业务接口进T-MMB系统，以T-MMB流模式业务的方式进行相关处理并实现业务传输。

(2)接收端：

快速信息FIG的解码：

接收端根据接收到的FIG类型0扩展2-FIG0/2的数据字段中的DSCTy(数据业务成分类型)为011011，得知该子信道中传输的是T-MMB的IP流模式业务；解码快速信息FIG类型1扩展2-FIG1/2的数据字段，确定各个子信道所采用的MPE-FEC封装信息和纠错保护信息，得知IP数据采用MPE-FEC封装机制，且MPE-FEC帧尺寸(行数)为256字节。

IP数据解封装过程： 

开始接收MPEG-2 TS的IP流模式业务，因为系统采用时间分片技术(将由采用时间分片技术的相关快速信息标识)，当T-MMB接收机发现frame_boundary标识为“1”时，表示当前时间片已结束，待接收完当前MPE-FEC段数据后，则不再接收后续段的数据，等待delta_t时间后再接收所需的时间片数据，delta_t的值在当前段头的实时参数中被标识；将所有接收到的MPEG-2 TS重新映射为MPE段和MPE-FEC段，并通过段尾的CRC32(4字节)判断各个段是否正确接收，对所有正确接收的段，根据其段头标识的地址(address)和段长度(section_length)来确定该段在MPE-FEC帧中的位置，并标识为“可靠位置”，反之，标识为“不可靠位置”；如能接收到的MPE段头中的table_boundary标识符，则MPE-FEC帧中的“填充字节”标识为“可靠位置”，反之，标识为“不可靠位置”；通过接收到的MPE-FEC段头字段中的填充列数(paddingcolumns)的值来确定应用数据表中的零填充的列数，标记为“可靠位置”；接收机根据上述处理过程中提供的一切数据段的误码信息，再利用前向纠错码FEC对表中每行数据进行纠错，如错误字节超出纠错码的纠错范围，则无法纠错，输出错误数据。