Brevet FR2678121A1 — publié le 19921224

DISPOSITIF D'INSERTION DE PAQUETS NUMERIQUES DANS UN CANAL DE TRANSMISSION La présente invention a pour objet un dispositif d'insertion de paquets numériques fournis par différentes sources dans un canal de transmission ayant un débit moyen au moins égal à la somme des débits moyens fournis par les sources Elle trouve une application particulièrement importante dans l'insertion de paquets pour constituer le multiplex numérique d'un signal de télévision appartenant à la famille X-MAC/PAQUET. Dans un signal X-MAC/PAQUET, le flot de bits des- tiné à la transmission et à la diffusion du son et des don- nées est réparti en paquets de longueur fixe, ayant chacun une adresse de 23 bits, permettant d'identifier l'origine du paquet, et une partie utile de 728 bits Le canal a un débit de valeur moyenne constante (pouvant, suivant le cas, aller de 2050 à 24 600 paquets par seconde) mais de valeur instantanée variable L'organe d'entrée du canal de sortie, constitué par exemple par le multiplexeur temporel de for- mation du multiplex destiné à être adressé au modulateur effectue des demandes de paquets au fur et à mesure de ses disponibilités. Chaque source présente des caractéristiques de débit et des règles d'insertion dans le canal de sortie qui lui sont propres L'ordre d'insertion des paquets dans le canal de sortie doit tenir compte de ces éléments. Dans le cas par exemple d'un système D 2- MAC/PAQUET a accès conditionnel suivant la norme "EUROCRYPT", le canal numérique peut avoir à transmettre une ou plusieurs voies son exigeant chacune une capacité de 250 à 1778 paquets par seconde et dont le décalage par rapport à l'image doit res- ter faible (son original et doublage par exemple), une ou plusieurs voies son hautefidélité exigeant un débit supé- rieur au précédent, une voie d'identification des services constituée de paquets ayant l'adresse zéro, et des paquets représentant les messages de contrôle des titres d'accès ou ECM et les messages de gestion des titres d'accès ou EMM. De plus le canal numérique doit transmettre des signaux éventuels de télétexte en paquets. On voit que les sources ont des débits qui varient de source en source et des règles d'insertion qui peuvent également varier. Il existe déjà plusieurs techniques d'insertion. Celle qui est décrite dans le document "The EBUC-MAC/PAQUET system for direct broadcasting by satellite", par Mertens et al, IEEE International Conference on Communications, ICC 84, vol 1, p 1-9 North-Holland, NewYork, consiste à présenter des données en provenance de diverses sources à un multiplexeur comportant des mémoires tampon d'entrée en nombre égal à celui des sources Chaque fois que le multi- plexeur est prêt à constituer un paquet, il examine les mémoires tampon dans un ordre de priorité qui dépend des besoins de continuité des services et il choisit les données dans une mémoire qui contient suffisamment d'infor- mations pour constituer un paquet tout entier. Une autre solution consiste à constituer les paquets dans les sources elles-mêmes Le multiplexeur emmagasine les paquets au fur et à mesure de leur consti- tution et les comptabilise En réponse à une demande provenant de l'organe d'entrée du canal de sortie, le multiplexeur choisit le paquet à émettre en fonction du type de paquets (son, données,),du nombre de paquets en réserve en provenance des diverses sources et des règles d'insertion particulières à la source. Un inconvénient de ce dispositif est que la puis- sance matérielle et logicielle requise du multiplexeur de paquets augmente directement avec le nombre de sources En particulier, il n'est pas possible d'ajouter des sources supplémentaires sans modification profonde du multiplexeur. L'invention vise à fournir un dispositif d'inser- tion répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'ajouter des sources supplémentaires sans surcroît de travail appréciable pour le multiplexeur de paquets, donc sans nécessité de modification de ce dernier. Dans ce but, l'invention propose notamment un dis- positif d'insertion de paquets numériques dans un canal de transmission, caractérisé en ce que chaque source comprend des moyens pour élaborer, pour chaque paquet, un ordre de priorité d'insertion en fonction du type de paquets, du nombre de paquets en réserve et des règles d'insertion liées au type de paquets à émettre et en ce que le multi- plexeur lit l'ordre de priorité des paquets présentés par les sources et sélectionne le paquet ayant la priorité la plus élevée. Dans un tel dispositif, le rôle du multiplexeur est très réduit La fonction de stockage des paquets est re- portée dans les sources Lorsque le multiplexeur rencontre deux priorités de même degré, il peut être prévu pour effectuer le choix entre elles soit de façon aléatoire, soit en alternant les sources d'origine. Lorsque le débit moyen du canal est nettement supé- rieur au débit total moyen des sources et que les varia- tions de débit instantané disponible ne représentent qu'une fraction faible du débit moyen, chaque source peut être prévue pour fixer l'ordre de priorité du paquet à émettre une fois pour toutes Lorsqu'au contraire le débit moyen du canal est peu supérieur à la somme des débits moyens, il peut être préférable de prévoir les sources de façon à ce qu'elles donnent aux paquets une priorité croissante en fonction du temps d'attente. Dans le cas particulier, mentionné plus haut, d'un dispositif d'insertion pour modulateur D 2-MAC/PAQUET à accès conditionnel, il est possible de retarder notablement les messages de contrôle d'accès, qui ne sont répétés qu'à intervalles de l'ordre de 500 ms, avec modification des mots de contrôle toutes les 10 secondes, avec une avance sur l'instant de modification du mot de contrôle, et encore davantage les messages de gestion des titres et droits d'accès qu'il suffit de transmettre à intervalles suffisam- ment faibles pour que les abonnés ne subissent pas un re- tard excessif. L'adjonction de sources supplémentaires est encore facilitée lorsque ces sources attaquent le multiplexeur par l'intermédiaire d'une interface unique, qui ne présente au multiplexeur de paquets que celui des paquets qui a la priorité la plus élevée: dans ce cas, le travail supplé- mentaire demandé au multiplexeur est le même quel que soit le nombre de sources supplémentaires ajoutées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique de principe montrant un dispositif d'insertion; la figure 2 montre une organisation possible des priorités, dans le cas d'un multiplex D 2. Le dispositif d'insertion montré en figure 1 est destiné à fournir, à l'organe d'entrée 10 d'un canal de sortie, les paquets destinés à constituer la partie numé- rique, codée en duo-binaire, d'un multiplex temporel en bande de base formé par un multiplexeur 12 Pour cela, l'organe d'entrée 10 est prévu, de façon classique, pour adresser des demandes D de paquets, en fonction des dispo- nibilités, et répartir les paquets P qu'il reçoit en sal- ves Les paquets nécessaires sont sélectionnés par un mul- tiplexeur de paquets 14 comportant des mémoires 161, 162,, 16 N destinées chacune à stocker un ordre de prio- rité correspondant à un paquet disponible à partir d'une source respective 181, 182,, 18 n* Le multiplexeur est également prévu pour sélec- tionner la source qui correspond à l'ordre de priorité le plus élevé et transférer un paquet (ou plusieurs paquets en nombre déterminé) de la source sélectionnée vers le canal de sortie. La source 18, par exemple est prévue pour regrouper les données qu'elle reçoit, en paquets ayant tous la même adresse et définir une priorité La source peut en particu- lier comporter une mémoire tampon d'accumulation des don- nées entrantes et des moyens de formatage de ces données en paquets ayant un en-tête et d'affectation d'une priorité aux paquets Cette affectation peut se faire: en fonction du type de paquets, suivant un critère fixe pour la source, du nombre de paquets en attente, l'ordre de prio- rité s'accroissant au fur et à mesure du remplissage de la mémoire de la source, de règles d'insertion prédéterminées, éventuel- lement en tenant compte d'un signal d'acquittement prove- nant du multiplexeur 12 formant le multiplex en bande de base. Toutes les sources peuvent avoir la même consti- tution, du genre décrit ci-dessus. Mais certaines sources peuvent avoir une fonction particulière. Par exemple, dans le cas illustré, la source 18 n-1 est constituée par une source de paquets de bourrage, ayant la priorité la plus basse, à laquelle est affectée l'adresse 1023. La source 18 constitue elle-même une interface de n multiplexage, permettant au multiplexeur de paquets 14 de traiter, sans complication matérielle ou logicielle, plu- sieurs sources supplémentaires Pour cela la source 18 n comporte un circuit d'aiguillage 20 fournissant sur sa sor- tie la priorité la plus élevée parmi les deux priorités appliquées sur son entrée et chacune des sources supplémen- taires 18 n+l, 18 n+ 2, jusqu'à l'avant-dernière, a la même constitution Ainsi la seule priorité qui est présentée au multiplexeur de paquets 14 est la plus élevée parmi celles de toutes les sources supplémentaires. Le fonctionnement du dispositif découle immédia- tement de la description qui précède: lors de l'envoi d'une demande de paquets D au multiplexeur de paquets 14, celui détermine la source qui a la priorité la plus élevée et émet vers elle une demande, Dl par exemple En réponse, la source interrogée émet un paquet, Pl par exemple, vers la sortie. Dans le cas déjà envisagé d'un dispositif d'inser- tion pour un modulateur D 2-MAC, l'ordre de priorité croissante peut être le suivant paquets de bourrage, messages de gestion des titres d'accès, messages de contrôle des titres d'accès, voie zéro (dont l'ordre de priorité peut être modulé en fonction du nombre de paquets à émettre sur cette voie), voie de données, voie son à débit élevé, lorsque la source n'a pas commencé à émettre un groupe constitué d'un nombre détermi- né de paquets en cours, voie son à débit élevé, lorsqu'une émission est en cours, voie son à faible débit. Les deux dernières priorités peuvent être accrues ou diminuées suivant le nombre de paquets à émettre. La figure 2 montre, à titre d'exemple, les niveaux de priorité qui peuvent être affectés aux différents pa- quets, lors de l'insertion dans un modulateur D 2 MAC met- tant en oeuvre l'accès conditionnel "EUROCRYPT" défini par la publication "Système d'accès conditionnel pour la famil- le MAC/PAQUET: EUROCRYPT", mars 1989, Ministère des Postes, des Télécommunications et de l'Espace et autres. Des priorités fixes et étagées sont affectées à la message- rie de gestion des titres d'accès (EMM), à la messagerie de contrôle des titres d'accès (ECM), à la voie zéro et aux blocs BI d'interprétation des voies son Dans l'exemple re- présenté, les priorités croissantes sont représentées par: pour les messages de gestion destinés à un abonné unique, à un groupe partagé et à l'ensemble de l'audience (EMM-U, EMM-S et EMM-G); pour les messages de gestion destinés aux col- lectivités (EMM-C); pour les messages de contrôle des titres d'accès (ECM); pour la voie zéro; pour les blocs d'interprétation du son BI; 60 pour les blocs d'interprétation indiquant les changements de nature du signal BIT. En variante, la priorité de la voie zéro peut être modulée en fonction du nombre de paquets à émettre Un compteur peut être prévu pour mémoriser le nombre de pa- quets en attente et faire sauter la priorité de 40 à une valeur égale ou supérieure à 50 lorsque ce nombre dépasse une valeur déterminée. La priorité à affecter aux voies son doit tenir compte de ce qu'elles peuvent appartenir à plusieurs caté- gories, obéissant à des lois de répartition différentes. Une première loi, ou "loi à 90 octets par bloc" correspond à la transmission du son sous forme comprimée avec protec- tion de premier niveau ou à la transmission à codage liné- aire avec protection de deuxième niveau.30 La seconde loi, à 120 octets par bloc et réparti- tion à raison de trois blocs pour quatre paquets, corres- pond à un codage linéaire avec protection de premier niveau ou à un codage comprimé avec protection de deuxième niveau. Les groupes de quatre paquets constituant trois blocs pour35 les lois à 120 octets par bloc ne doivent pas être entrela- cés avec les paquets d'une autre voie de même type. Une solution pour tout à la fois tenir compte de cet impératif et éviter de favoriser de façon excessive une voie par rapport à une autre consiste à adopter la règle de priorité suivante. Pour chaque voie son avec loi à 90 octets, la priorité minimum est de 80 et elle est augmentée d'une uni- té pour chaque paquet en réserve: la priorité passe ainsi à 84 pour cinq paquets en réserve En général, on prévoiera une valeur maximale, par exemple de 89. A chaque voie son ayant une loi à 120 octets et trois blocs pour quatre paquets, une priorité de base plus faible est affectée, par exemple de 70 Elle peut être accrue d'une unité pour chaque paquet en attente, avec un maximum de 79, aussi longtemps qu'il n'y a pas début d'émission d'un groupe de trois blocs Dès que commence une telle émission, la priorité des paquets suivants du même groupe est augmentée d'un nombre d'unités tel que la nou- velle priorité soit supérieure à celle de toutes les autres voies ayant une loi à 120 octets par bloc L'augmentation peut par exemple être effectuée par incrémentation de la priorité d'un nombre égal à la différence entre 10 et 1 pour chaque paquet déjà émis. Ainsi, par exemple, la priorité passe à: 83 pour quatre paquets en réserve; 82 pour trois paquets en réserve 81 pour deux paquets en réserve. Une fois les quatres paquets émis, la source sonore correspondante reprend son rang de priorité normal, qui correspond à 70 lorsqu'il y a un seul paquet en attente. La priorité la plus faible est affectée aux paquets de bourrage. Une telle stratégie d'insertion est extrêmement flexible et permet d'introduire aisément des sources en leur affectant des priorités intermédiaires. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'insertion de paquets numériques fournis par différentes sources dans un canal de trans- mission ayant un débit moyen au moins égal à la somme des débits moyens fournis par les sources, comprenant un multi- plexeur ( 12) relié au canal de transmission, caractérisé en ce que chaque source ( 18) comprend des moyens pour élabo- rer, pour chaque paquet, un ordre de priorité d'insertion en fonction du type de paquet, du nombre de paquets en ré- serve et des règles d'insertion liées au type de paquets à émettre et en ce que le multiplexeur ( 14) lit l'ordre de priorité des paquets présentés par les sources et sélec- tionne le paquet ayant la priorité la plus élevée. 2 Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que, le débit moyen du canal étant nettement su- périeur au débit total moyen des sources et les variations de débit instantané disponible ne représentant qu'une frac- tion faible du débit moyen, chaque source est prévue pour fixer l'ordre de priorité du paquet à émettre une fois pour toutes. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le débit moyen du canal étant peu supérieur à la somme des débits moyens, certaines au moins des sources sont prévues de façon à donner aux paquets une priorité qui augmente en fonction du temps d'attente. 4 Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les sources comprennent des sources supplémentaires qui attaquent le multiplexeur par l'inter- médiaire d'une interface unique ( 18 n), qui ne présente au multiplexeur de paquets ( 14) que celui des paquets qui pro- vient de la source supplémentaire qui a la priorité la plus élevée. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit interface unique est constitué par une source autre que supplémentaire, ayant un circuit d'aiguillage ( 20). 6 Dispositif selon la revendication 1 ou 3 d'insertion de paquets pour constituer le multiplex numé- rique d'un signal de télévision de type X MAC/PAQUET à accès conditionnel, caractérisé en ce que les sources de voie son fournissant trois blocs numériques pour quatre paquets sont prévues pour accroître leur priorité dès début d'émission d'un groupe de trois blocs. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune des sources de voie son est prévue pour que sa priorité augmente d'une unité pour chaque paquet en réserve, l'augmentation de priorité lors du début d'émis- sion d'un groupe de trois blocs étant suffisante pour que la source ayant commencé à émettre ait une priorité supéri- eure à celle de toutes les autres sources sonores à émis- sion par groupe de trois blocs en quatre paquets. 8 Dispositif selon la revendication 6 ou 7, pour signal de télévision à accès conditionnel suivant la norme EUROCRYPT, caractérisé en ce que les sources de messages de gestion de titre d'accès (EMM), les sources de messages de contrôle de titres d'accès (ECM) et la source de voie zéro sont affectées de priorités fixes et croissantes, inférieures à celles des voies son.