Brevet FR2678452A1 — publié le 19921231

Procédé et dispositif de protection contre les erreurs bits et les pertes de cellules dans un reseau temporel asynchrone pour services audiovisuels La présente invention concerne un procédé et un dispositif de protection de services audiovisuels contre les erreurs bits et les pertes de cellules dans un réseau temporel asynchrone. Dans ces réseaux, les informations numériques sont transmises de façon discontinue sous forme de paquets, appelés "cellules d'informations" ou "cellules ATM", ATM étant l'abréviation de "Asynchrone Transfer Mode" dans le langage anglo-saxon. Le mode de transmission consiste, au lieu d'émettre octet par octet, à constituer dans l'équipement terminal émetteur un paquet de bits au fur et à mesure de la création des données numéri que s, et à attendre d'avoir suffisamment d'informations pour constituer une cellule d'information complète pour envoyer celle-ci sur le réseau. En télévision numérique, ce mode transmission est régi par les recommandations CCITT I.321, 1.3(32 et I.363 qui définissent respectivement la couche d'adaptation ATM, quatre classes de services différenciées par leurs débits, leurs modes de connexion et les niveaux de relation temporelle entre émetteurs et récepteurs ainsi que quatre types d'adaptation utilisables dans chaque classe de service. Les transmissions audiovisuelles sont caractérisées par des débits d'information variant sur une large échelle : 64Xbit/s pour le visiophone basse qualité, 2Mbit/s pour la vidéo surveillance et le visiophone haute qualité, 17Mbit/s pour la télévision standard et 140Mbit/s pour la télévision haute définition.Ce dernier débit, associé aux contraintes de temps réel inhérentes à la transmission du signal vidéo interdisent la réémission des informations lorsque dans le train binaire transmis des erreurs sont détectées. Ce problème peut malgré tout dans de nombreux cas être résolu en effectuant des masquages des informations erronées. Cependant la multiplicité des techniques de masquage temporel ou spatial employées en vidéo et la difficulté de réalisation de masquage sur le signal audio sont telles que la sensibilité aux erreurs de transmission, en termes d'erreurs résiduelles est très variable et évolue communément d'une erreur toutes les 10 minutes à une erreur toutes les 2 heures. Naturellement la solution à ces problèmes est d'autant plus délicate à trouver du fait du caractère parfaitement aléatoire de ces erreurs et du fait que celles-ci peuvent se présenter en paquets-ou rafales. Bien qu'il soit en principe possible de garantir des taux d'erreurs de 10 1 pour la TVHD, de 10 11 pour la télévision standard et 10 1 pour la vidéo surveillance à l'interface utilisateur-réseau en mettant en oeuvre différents codes de détection et correction d'erreurs tels que des codes Reed Solomon par exemple qui possèdent une puissance de correction très importante et une extrême simplicité de mise en oeuvre, ces codes ne permettent cependant pas de remédier au problème soulevé par la perte de cellules car celles-ci, de part leur format qui comporte classiquement 48 octets d'informations, demandent des codes correcteurs d'erreurs trop puissants et trop redondants pour permettre des corrections intracellules. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de protection contre les erreurs bits et les pertes de cellules pour services audiovisuels dans un réseau temporel asynchrone caractérisé en ce qu'il consiste à attribuer à chaque symbole d'informations à transmettre sur le réseau des codes détecteur correcteur d'erreurs type Reed Solomon, à effectuer un brassage des informations codées Reed Solomon avant leur transmission en paquets ou cellules sur le réseau, et à effectuer à la réception un débrassage des informations contenues dans les paquets ou cellules pour corriger les erreurs et les effacements dans les symboles restitués au moyen des codes Reed Solomon accompagnant les symboles restitués. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à la lumière de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent - La figure 1 les différentes étapes du procédé selon l'invention mises sous la forme d'un organigramme. - La figure 2 un schéma d'organisation d'un dispositif de brassage permettant la mise en oeuvre du procédé selon la figure 1. - La figure 3 une organisation de l'espace mémoire du dispositif de brassage de la figure 2. - La figure 4 un format de segmentation de cellules ATM, pour une adaptation de type 1 selon la recommandation I.3G3 du CCITT. - La figure 5 un schéma d'organisation d'un dispositif de débrassage utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon la figure 1. - La figure 6 un tableau de résultats obtenus avec des codes Reed Solomon de natures différentes. Le procédé de protection contre les erreurs et pertes de cellules ATM selon l'invention est illustré par les étapes 1 à 10 de la figure 1. Il consiste à l'étape 1 à convertir chaque symbole ou octet représentatif du signal vidéo en mot de code Reed Solomon de la façon décrite par exemple page 207 du livre de G. Cullmann ayant pour titre "Codes détecteurs et correcteurs d'erreurs" publié par DUNOD 1967 dans la collection "Initiation aux nouveautés de la science" ou encore de la façon décrite pages 304-308 du livre de Bernard Sklar intitulé "DIGI TAL COMMUNICATIONS Fondamentals and Applications" publié par Prentice Hall 1988. Les informations codées obtenues sont des codes notés C(N,K,D) de distance de Hamming D, de longueur N en nombre de symboles et renfermant K informations utiles.Ces informations sont brassées à l'étape 2 au moyen d'un dispositif de brassage agencé suivant le schéma de principe de la figure 2. Suivant ce dispositif, les mots de N symboles sont mémorisés séquentiellement ligne par ligne dans une mémoire 11, comportant N colonnes et L lignes. Cette mémoire est partagée en deux espaces 12a et 12b comportant respectivement KxL informations utiles et (N-K)L symboles de redondance. Le tableau ainsi obtenu est ensuite lu colonne par colonne pour former le champ d'information SAR-SDU des cellules ATM. Un exemple d'organisation d'un espace mémoire correspondant, est montré à la figure 3. Cet exemple correspond à un brassage de 24 mots de code Reed Solomon RS (235,229) représentant 120 cellules auxquels sont attribués 6 octets de redondance. "235" représente la longueur du code et "229" le nombre de symboles utiles.Sur cette figure les cellules et octets lui appartenant sont repérés a par une expression de la forme X où x est un numéro d'octet et a désigne son numéro de cellule. Le calcul de l'insertion de numéros de séquences qui est effectué à l'étape 3 conduit à une segmentation des cellules (SAR-PDU) suivant un format représenté à la figure 4 conforme à la recommandation CCITT 1.3(33. Ce format comporte 40 bits d'entête "Header", 384 bits de SAR-PDU dont 4 bits SN de numéro de séquence et un champ de 376 bits d'informations formant une cellule 5+48 = 53 octets. La numérotation de séquence permet le repérage des cellules et une cellule perdue peut ainsi être détectée au récepteur et remplacée par une cellule fantôme dans un tableau de débrassage. En réception le dépaquetage des cellules est effectuée à l'étape 6. Les cellules sont restituées dans le format SAR-PDU de la figure 5 et une correction de la numérotation des séquences a lieu à l'étape 7 suivi à l'étape 8 d'une insertion éventuelle de paquets fantômes ou d'une destruction de paquets insé rés. Un débrassage des cellules a alors lieu à l'étape 9 au moyen d'un dispositif de brassage agencé suivant le schéma de principe de la figure 5. Avec ce mode de débrassage les cellules obtenues à l'étape 8 sont rangées colonne par colonne dans une mémoire 13 de L lignes et N colonnes partagée de manière similaire à la mémoire 12 en deux espaces 13a et 13b comportant KxL informations utiles et (N-K)L octets de redondance. Le débrassage a lieu en lisant la mémoire 13 ligne par ligne. Cette opération de débrassage restitue de ce fait les informations codées en code Reed Solomon. Ces codes sont ensuite analysés à l'étape 10 pour effectuer les corrections d'erreurs et d'effacements. Naturellement l'opération de débrassage de l'étape 9 doit être en synchronisme avec l'insertion des paquets fantômes et ou la destruction des paquets insérés de l'étape 8. Le procédé et le dispositif de l'invention qui viennent d'être décrits s'appliquent à des configurations de codes très différentes. La figure 6 montre à titre d'exemple des résultats obtenus pour des codes Reed Solomon de distance D de Hamming différentes respectivement de 9, 7 et 5, en fonction de hauteurs L en bits déterminées égales à C, C/2 ou C/4 du tableau de brassage où C désigne la dimension d'une cellule et pour des tailles de mémoire de brassage différentes. Dans cet exemple, les colonnes du tableau cas (1) et cas (2) correspondent respectivement à des taux d'erreurs bits fournis par le réseau de 10 7 et 10 6 et à des taux de cellules perdues respectivement de 2x1O8 et 5x10 6. La lecture du tableau de la figure 6 amène aux constatations que les temps moyens TM entre erreurs sont d'autant meilleurs que la distance D du code est grande. Pour D = 5 les probabilités sont insuffisantes, elles deviennent intéressantes pour D = 7 et D = 9. La redondance est d'autant plus faible que la distance est faible Entre D = 7 et D = 9, c'est D = 7 qui apparaît le plus intéressant. Pour une distance donnée (D = 5, 7 ou 9) et pour une longueur de mot de code fixée (n = 255) le tableau fait apparaître que L = C/2 donne un meilleur temps moyen TM que L = C. Pour L = C, le temps moyen TM est le même avec ou sans notion d'effacement. Pour L = C/2, le temps moyen TM est meilleur avec la notion d'effacement (meilleur dans un rapport 10 si D = 9, 8 si D = 7, et 2,5 si D = 5). Que ce soit le cas de la ligne nO 6 du tableau ou ceux des lignes nO 11, 12, 13 et 14, les codes raccourcis améliorent le temps moyen TM et réduisent la taille de la matrice de brassage (il y a un nombre moins important de cellules dans la matrice). Ces deux points sont tout à fait intéressants, mais le problème vient de la redondance, qui est plus forte. En comparant un code de distance 7 raccourci (cas 11, 12, 13 et 14), le tableau montre que pour la même redondance ou une redondance plus faible un code de distance 9 (cas des lignes 1, 2, 3 et 4) donne de bien meilleurs résultats. Le seul avantage de la réduction de la taille des mots code est le fait que le traitement de la matrice de brassage est plus faible.Mais comme cette diminution de taille de la matrice n' a lieu que dans un rapport faible, il apparaît souhaitable de garder un code de longueur proche de N = 255. Le cas de la ligne 5 peut sembler intéressant. Cependant comme signalé précédemment, il est préférable de ne pas étaler la cellule dans la matrice. En effet, les calculs ont été faits en considérant une répartition uniforme des erreurs, or il est fort possible qu'il y ait des "bursts" ou rafales de cellules fausses et que ces rafales arrivent à déborder facilement le code correcteur. Il faut dans ce cas choisir L = C ou L = C/2. Cependant L = C/2 est préférable à L = C au point de vue de la taille de la matrice et surtout de la redondance quand on utilise la notion d'effacement. Entre D = 9 et D = 7 il apparaît que D = 9 conduit à un temps moyen TM meilleur dans un rapport 100 en utilisant les effacements, et dans un rapport 60 en ne les utilisant pas. Mais les temps moyens TM résultant de D = 7 apparaissent aussi suffisants. D'autre part, D = 7 permet d'avoir une redondance de 2,35% au lieu de 3,13%. De ce qui précède il apparaît qu'un bon choix permettant d'obtenir une réalisation optimum du dispositif de protection peut consister à utiliser un code Reed Solomon RS (235, 229,7) correspondant au code RS (255, 249,7) raccourci avec une dimension pour chaque symbole égal à l'octet. Ceci correspond à la matrice de brassage de 120 cellules de la figure 3 qui a une capacité de 47x120 octets ce qui correspond au produit des 235 mots de code RS par une hauteur L = 24 mots de code. Ce choix conduit à une redondance égale à 2,5% avec un taux d'erreur moyen TM qui est supérieur ou égal à 170 jours dans le cas (1) et 29 minutes dans le cas (2). Ainsi en prenant pour valeurs de L : L = C/2 + Effacements, le brassage qui est ainsi réalisé présente l'avantage de répartir chaque cellule sur deux colonnes du tableau de la figure 3 ce qui permet en utilisant la notion d'effacement d'obtenir la même résistance aux erreurs pour un même nombre de cellules dans la matrice, qu'un code répartissant chaque cellule sur une seule colonne mais avec deux fois moins de redondance. Le dispositif correspondant peut être réalisé au moyen de circuit AHA 4010 commercialisé par la Société de droit des Etats Unis d'Amérique Advanced Hardware Architecture. REVENDICATIONS 1. Procédé de protection contre les erreurs bits et les pertes de cellules dans un réseau temporel asynchrone pour services audiovisuels caractérisé en ce qu'il consiste à attribuer (1) à chaque symbole d'informations à transmettre sur le réseau des codes détecteur correcteur d'erreurs type Reed Solomon, à effectuer (2) un brassage des informations codées Reed Solomon avant leur transmission en paquets ou cellules sur le réseau, et à effectuer à la réception un débrassage (9) des informations contenues dans les paquets ou cellules pour corriger (10) les erreurs et les effacements dans les symboles restitués au moyen des codes Reed Solomon accompagnant les symboles restitués. 2. Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que le brassage consiste à mémoriser ligne par ligne les informations par mots de N symboles dans une mémoire de brassage (11) comportant L lignes et N colonnes et à lire la mémoire colonne par colonne. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il consiste à partager la mémoire de brassage (11) en deux espaces (12a) et (12b) comportant respectivement KxL informations utiles et(N-K)L symboles de redondance. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il consiste à regrouper les informations brassées en cellules ATM. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le débrassage consiste à mémoriser chaque cellule ATM sur deux colonnes dans une mémoire de débrassage (13) comportant L lignes et N colonnes et à lire la mémoire de débrassage (13) ligne par ligne. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 5 caractérisé en ce que les codes Reed Solomon sont des codes RS (235, 229, 7) de longueur de code (235), d'informations utiles (229) et de distance de Hamming (7). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il consiste à répartir chaque cellule sur deux colonnes des mémoires de brassage (11) et débrassage (13) et à utiliser la capacité de correction des effacements. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le brassage (11) et le débrassage (13) sont réalisés sur L = 24 mots de code. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que chaque symbole d'information a la dimension d'un octet. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 9 caractérisé en ce qu'il consiste à insérer des cellules fantômes dans un tableau de débrassage en marquant chaque octet pour qutil soit interprété comme un effacement par le décodage Reed Solomon. 11. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs de codage Reed Solomon type AHA4010 .